SHIMANE UNIVERSITY

Engineering Mechanics Lab.

We are interested in the fundamental understanding of the mechanics of smart materials and structures; including piezoelectric materials, functionally graded materials, elastomers & gels, rods, plates and shells. We also offer the design principles for relevant applications ranging from the micro-sensors & actuators to the macro-structural elements.

ENGLISH
People 2017

教授

芦田 文博

准教授

森本 卓也

M2

M1

B4

交換留学生



Research

傾斜機能性圧電薄膜の熱衝撃応答

半導体パッケージや電子部品は,熱膨張係数が異なる多様な材料から構成されています.これらは製造プロセスにおいて複雑な温度履歴を受けること,また機器の高性能化とコンパクト化が進む中で電機・電子機器には通電・発電に伴う熱負荷が過酷になってきていることから,熱応力による変形・破壊を考慮した信頼性評価が必要不可欠です.特に,近年の微細加工技術の発達により,機能性薄膜の研究・開発が進められています.ナノオーダーの厚さを持つ薄膜は,わずかな温度変化を受けた場合でも熱衝撃が発生します.その結果,薄膜内部を伝播する熱波や弾性波が欠陥を成長させ,損傷や破壊をもたらします.当研究室では,傾斜機能性圧電薄膜が熱的・電磁気学的負荷を受ける際の衝撃応答解析とシミュレーションを行い,機能性薄膜の特性評価を行っています.

Responsive image

ゴムブロックの滑り接触に伴う弾性不安定性

ゴムの見かけの接触圧力分布は,ゴムブロックの初期形状に応じて大きく変化します.これはゴムの不均一な大変形によるもので,巨視的な摩擦・摩耗特性にも大きな影響を及ぼします.これは従来から摩擦係数の圧力依存性と呼ばれているものであり,摩擦係数は材料定数ではなく,システム変数として捉える必要があります.また,滑り方向に対するゴムブロックの前方部では,不均一変形と粗面からの揺動力によって,非接触領域を形成します.その結果,ゴムブロックの摩擦力の低下を招くとともに偏摩耗を促進させることから,このような力学現象の理解がソフトマテリアルと粗面との接触問題において必要不可欠となります.本研究では,簡単な実験観察によって圧縮・せん断の外力を負荷したゴムブロックが滑り出すと同時に,一定の条件下で局所座屈を生じることを確認してきました.このような弾性不安定現象をも再現できるソフトマテリアルと粗面との滑り接触シミュレーション手法の開発を目指しています.

Responsive image

平成27年度 RING! RING! プロジェクト

「トレッドゴムの変形と摩擦に関する研究補助事業」
Responsive image Responsive image

スマート構造体の電気熱弾性応答と最適設計

圧電材料は圧電効果と逆圧電効果によってセンサやアクチュエータ機能が発現できることから,スマート構造物の要素としての利用が期待されています.本テーマでは,構造材料層にセンサとアクチュエータ用の圧電材料層が接合された多層のスマート構造体を対象としています.構造材料層に未知の熱負荷が作用するケースでは,センサ層で電位差の分布が検出されます.この情報から作用した熱負荷の温度分布を決定することができます.さらに,アクチュエータ層に配置された電極に電位差を印加することで,構造材料層に生じる熱応力を制御するスマート構造を検討しています.傾斜機能性圧電層や横等方性材料層で構成される動的な熱環境下において生じる熱応力が最小となるようなアクチュエータ層の電極配置や幾何形状の最適設計シミュレーションも行っています.

Responsive image

ゲルの膨潤に伴う表面パターンの形成

エラストマやゲルのような軟らかい材料を用いた多層構造体では, 座屈を生じる臨界値以上の負荷を受けることで これまでにない優れた機能を見出し,工学的な利用価値が検討されてきました. 例えば,伸張性エレクトロニクスの基本となるデバイス構造は,エラストマ基 板上に有機半導体層や金属薄膜の電極層が蒸着された多層構造体です. この構造体が電極の損傷を伴わないで大きな伸縮性を発現するために, 座屈によって生じる「しわ」の電極形態を利用するア プローチが提案されています. そのような伸張性エレクトロニクスデバイスの実現のためには, ソフトマテリアルからなる積層構造体の座屈後に生じる 極限的な大変形とそれに伴う弾性不安定性に関する理解と予測手法の開 発が必要不可欠です. 本研究では, エラストマからなる多層構造体が 二軸圧縮下で生じるしわの形成過程を シミュレーションを通して理解し, 極限的に大きな変形に伴う多層構造体の表面形態の発展と伸張性発現に関連する知見を得ることを目指しています.

Responsive image