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第一原理計算・結晶均質化法による非線形圧電トリプルスケール解析法の開発とその検証

利用第一性原理计算和晶体均匀化方法开发和验证非线性压电三尺度分析方法

基本信息

批准号：
17760095
负责人：
上辻靖智
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.(1)ドメイン・スイッチング,構造相転移を考慮した熱・圧電弾性非線形有限要素解析プログラムの開発均質化法による圧電弾性線形問題のマルチスケール解析手法を基にして,ドメイン・スイッチングと構造相転移を考慮した熱・圧電弾性非線形問題の有限要素解析プログラムを前年度より継続して開発した.本年度は,これまでの計算結果を踏まえて係数マトリックス非零化のためにミクロ変位および電位に関する擾乱の表現を改め,結晶均質化法定式化の修正とこれに基づいたUpdated Lagrange形式の非線形有限要素解析プログラムを開発した.(2)ドメイン・スイッチングに起因したバタフライ・ヒステリシス特性評価実験による検証BaTiO_3バルク単結晶体によりドメイン・スイッチング判定条件として発生電界と抗電界の関係が有効であることを確認した上で,BaTiO_3バルク多結晶体に対してXRDおよびSEM-EBSD結晶形態計測に基づく微視構造モデルを導入し,開発プログラムにより非線形有限要素解析を実施した.特に,マクロ特性を正確に表現し得るミクロ構造(代表体積要素)のモデル化,非線形挙動に及ぼす結晶方位分布の影響を明らかにした.また,BaTiO_3バルク多結晶体に対してバタフライ・ヒステリシス測定も実施し,開発手法の妥当性を確認した.(3)スパッタリングにより創製した圧電薄膜のバタフライ・ヒステリシス特性評価実験スパッタリング圧電薄膜創製技術により多結晶配向薄膜を創製し,バタフライ・ヒステリシス特性および残留応力測定を実施し,開発手法の圧電薄膜への応用を試みた.特に,薄膜特有の柱状結晶粒は,結晶方位に応じて下地結晶との整合性が異なるため結晶構造が変化することから,トリプルスケール解析手法の有効性および必要性を確認した.また,基板上に形成された圧電薄膜のバタフライ・ヒステリシス特性は,d33およびd31効果が混在するため試験片形状に強く依存することから,開発手法により薄膜特性評価に適した試験片寸法を見出した.

The research results of this year are listed below. (1)The finite element analysis of thermal and electrical nonlinear problems based on the homogenization method for the development of the nonlinear problems of electrical and thermal properties is carried out in consideration of the structural phase shift. This year, the calculation results of this series were revised, and the crystal homogenization method was revised. (2)BaTiO_3 polycrystals were examined by XRD and SEM-EBSD crystal morphology measurement, and the basic Weishi app structure of BaTiO_3 polycrystals was introduced. The implementation of non-linear finite element analysis in open space. In particular, the correct performance of the crystal structure (representative of volume elements), the influence of non-linear motion and crystal orientation distribution is clearly indicated. In addition, BaTiO_3 polycrystals were tested and the correctness of the development method was confirmed. (3)The preparation of multi-crystal alignment thin films and the determination of residual force are carried out in the development of techniques for the preparation of voltage thin films. In particular, it is necessary to confirm the conformity of columnar crystal grains unique to thin films and the crystal orientation. The characteristics of the thin film formed on the substrate are determined by the method of developing the thin film characteristics.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

結晶均質化法に基づいたマルチスケール有限要素解析による圧電セラミックスの結晶方位最適化法の提案

基于晶体均匀化方法的多尺度有限元分析压电陶瓷晶体取向优化方法的提出

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
日本機械学会論文集(A編) 72・721
影响因子：
0
作者：
黒川悠;水谷義弘;黛正己;上辻靖智;Yasutomo UETSUJI;Yasutomo UETSUJI;Yasutomo UETSUJI;上辻靖智
通讯作者：
上辻靖智

Evaluation of Ferroelectric Properties of Piezoelectric Ceramics Based on Crystallographic Homogenization Method and Crystal Orientation Analysis by SEM·EBSD Technique

DOI：
10.1299/jsmea.49.209
发表时间：
2006-04
期刊：
Jsme International Journal Series A-solid Mechanics and Material Engineering
影响因子：
0
作者：
Y. Uetsuji;Toshihiro Yoshida;T. Yamakawa;K. Tsuchiya;S. Ueda;E. Nakamachi
通讯作者：
Y. Uetsuji;Toshihiro Yoshida;T. Yamakawa;K. Tsuchiya;S. Ueda;E. Nakamachi

Identification of Crystal Grain Properties of PZT Ceramics using A Crystallographic Homogenization Method

使用晶体学均化法鉴定 PZT 陶瓷的晶粒性能