圧電複合材料の設計学：マルチスケール力学と連成解析に基づく高機能化と設計判断の指針

セミナー趣旨

本講座では，圧電材料を単なる機能材料としてではなく，設計対象として体系的に整理する．教科書で整理された圧電構成式，材料定数，振動理論，複合設計および連成解析の基礎を踏まえ，それらを実務における設計判断へと具体的に結び付ける．材料を変更すべきか，構造を最適化すべきか，複合化や解析導入は必要か，初期性能と耐久性をどう両立させるかといった開発現場の課題に対し，理論に基づく判断基準を提示する．また，自己発電や構造ヘルスモニタリング応用を例に，高機能化へとつなげる実践的な設計指針を示す．
キーワードは次の通りある．
「エネジーハーべスティング（環境発電）」
「電池レス」
「IoTセンサ」
「ウエアラブル」
「構造・生体モニタリング」

受講対象・レベル

技術者（特に，圧電材料に関わるエンジニア）
圧電材料について知識を深めたい大学院生も可

必要な予備知識

基礎から解説いたします。

習得できる知識

◎圧電材料の主要設計指標（d, g, kなど）を目的に応じて適切に選択・評価できるようになる
◎共振条件および境界条件を踏まえた構造設計の判断軸を理解し，材料変更と構造最適化の優先順位を判断できるようになる
◎0–3型および1–3型複合材料の特性とトレードオフを理解し，複合化の要否を設計観点から判断できるようになる
◎圧電–構造連成解析の必要性と限界を理解し，解析導入の可否を合理的に判断できるようになる
◎初期性能と耐久性を統合的に考慮した圧電設計フレームを習得し，実務に適用できるようになる

セミナープログラム

― 材料選択と構造設計の判断軸を学ぶ ―
1. 設計判断のための基礎再構築
　1-1 なぜ圧電材料は「設計問題」なのか
　1-2 圧電効果の物理的本質
　1-3 圧電構成式の設計的意味
　1-4 d, g, kの物理的違い
　1-5 誘電率と弾性率の役割
　1-6 異方性と分極方向設計
　1-7 「高d33＝高性能」ではない理由
　1-8 エネルギー変換効率の理解 
　1-9 共振設計の基本原理
　1-10 厚み振動と曲げ振動の違い
　1-11 境界条件が性能を決める
　1-12 【設計判断①】材料で解くか、構造で解くか

2. 複合化とマルチスケール設計戦略
　2-1 圧電複合材料の設計思想
　2-2 0–3型複合材料の特徴
　2-3 1–3型複合材料の特徴
　2-4 実効物性の推定方法
　2-5 出力と柔軟性のトレードオフ
　2-6 マルチスケール設計の考え方
　2-7 圧電–構造連成の基本
　2-8 FEM導入の判断基準
　2-9 連成解析の限界
　2-10 【設計判断②】複合化・解析導入の基準

3. 耐久・自己発電・構造知能化への展開
　3-1 圧電材料の信頼性と劣化
　3-2 機能と強度の関係
　3-3 劣化を設計変数として扱う
　3-4 自己発電デバイス設計
　3-5 構造ヘルスモニタリング戦略
　3-6 圧電設計判断フレームの提示
　3-7 圧電設計学の将来像

※より分かりやすい内容とするため、当日までに構成や内容を変更する場合がございます。

キーワード：
エネジーハーべスティング,電池レス,IoTセンサ,ウエアラブル,構造・生体モニタリング

セミナー講師

東北大学
大学院環境科学研究科　教授　博士（工学）
成田 史生氏

【ご経歴】
1998年4月　株式会社トーキン
1999年4月　東北大学 助手（大学院工学研究科）
2006年10月　東北大学 助教授（同）
2007年4月　東北大学 准教授（同）
2017年4月　東北大学 教授（同）

セミナー受講料

55,000円（税込、資料付）
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主催者

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受講について

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• 無断転載、二次利用や講義の録音、録画などの行為を固く禁じます。

特典
講師の著書『圧電材料の基礎と応用: 原理・構造・デバイス』（内田老鶴圃）をテキストとして使用いたします。
受講特典として進呈いたします。