＜基礎から学ぶ＞ 圧電・磁歪材料のマルチフィジックス設計と 振動発電・IoTデバイスへの応用

★自動車やロボット、ウェアラブルそしてIoTデバイスなど、様々な用途に活用される
　圧電材料や磁歪材料について基礎からわかりやすく解説。
★振動発電やウェアラブルデバイスなどへの応用事例も有り、
　今後の研究開発に即活かせるセミナーとなっております！

講師

東北大学　大学院工学研究科　材料システム工学専攻　教授　成田　史生　先生
　1998年3月　東北大学大学院工学研究科 博士課程後期3年の課程修了
　 博士（工学）
　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）

セミナーポイント

■はじめに：
　自動車，航空宇宙機器，スポーツ用品，産業機械・ロボット，MEMS，ウェアラブル・IoT（モノのインターネット）デバイスなどでは，多くの複合材料が使用され，実環境下における材料・構造システムの信頼性設計が強く要望されている．特に，エネルギーハーベスティングを可能とする圧電・磁歪材料システムにおいては，各種メカニズムを理解し，電磁場と力学場の相互干渉を考慮して経済的に設計する必要がある．
　本講義では，以上の点に鑑み，圧電・磁歪材料システムのマルチスケール電磁材料・破壊力学および強度・機能設計に関する基礎的事項を取り上げ，現在までの研究状況について概説を行う．また，振動発電デバイスの設計・開発および信頼性・耐久性評価の現状についても言及する．

■ご講演中のキーワード：
　材料力学，マルチスケール・マルチフィジックス数値シミュレーション，強度・機能試験，圧電複合材料，磁歪複合材料，電磁場・力学場集中，破壊・損傷，信頼性・耐久性評価，エネルギーハーベスティング，ウェアラブル・IoTデバイス

■受講対象者：
　圧電・磁歪材料システムの信頼性・耐久性評価のための数値シミュレーション・実験手法に関する基礎的事項を学び、実際の振動発電デバイスの強度・機能設計に活用するための応用能力を修得したいと考えている方．
　ただし，本テーマに興味がある方なら，どなたでも受講可能．

■必要な予備知識：
・高校卒業レベルの数学と物理

■本セミナーで習得できること：
　・圧電材料の基礎知識
　・磁歪材料の基礎知識
　・複合材料の基礎知識
　・3次元の応力とひずみと電磁場の関係
　・圧電・磁歪デバイスの数値シミュレーションによる最適設計法
　・圧電・磁歪デバイスの信頼性・耐久性評価法
　・エネルギーハーベスティングの動向と今後の展開

セミナー内容

1． 圧電・磁歪材料の基礎方程式
　　1） 圧電・磁歪材料力学
　　　　a） 応力とひずみ
　　　　b） 「棒」の引張・圧縮と電場・磁場
　　　　c） 「はり」の曲げと電場・磁場
　　　　d） 「軸」のねじりと電場・磁場
　　　　e） 3次元の応力状態と電場・磁場
　　　　f） 構成方程式と非線形効果（分極回転・分域壁移動／磁区回転・磁壁移動）
　　　　g） 積層理論
　　2） 運動方程式とMaxwellの方程式

2． 圧電・磁歪複合材料
　　1） 圧電材料の種類
　　2） 磁歪材料の種類
　　3） 複合効果

3． 圧電デバイスの数値シミュレーション・実験
　　1） 圧電アクチュエータ・センサの曲げ
　　　　a） バイモルフ
　　　　b） 傾斜機能材料
　　　　c） 積層板
　　2） 電気力学場集中
　　　　a） 積層材料
　　　　b） 繊維複合材料
　　　　c） MEMS
　　3） 低温・高温環境での圧電特性

4． 圧電材料の破壊・疲労挙動に及ぼす電場の影響
　　1） き裂の磁気弾性解析と応力拡大係数・エネルギー解放率
　　2） き裂の挙動
　　3） インデンテーション試験
　　4） 曲げ試験
　　5） 破壊試験
　　6） 疲労試験

5． 磁歪デバイスの数値シミュレーション・実験
　　1） 磁歪アクチュエータ・センサの引張・圧縮
　　2） 磁歪アクチュエータ・センサの曲げ

6． 磁歪材料の破壊・疲労挙動に及ぼす磁場の影響
　　1） 破壊特性
　　2） 疲労特性

7． エネルギーハーベスティングへの応用
　　1） 振動発電のメカニズム
　　　　a） 圧電振動発電
　　　　b） 磁歪振動発電
　　　　c） それぞれの長所と短所
　　2） 応用例と発電性能
　　　　a） 求められる特性
　　　　b） コスト
　　3） ウェアラブルデバイスおよびIoTデバイスの紹介
　　　　a） スポーツ・レジャー用品
　　　　b） 移動体
　　　　c） 航空・宇宙構造物
　　　　d） 医療・福祉機器
　　　　e） 工場・インフラ
　　　　f） その他
　　4） 最新の研究成果
　　　　a） 振動・衝撃発電
　　　　b） 温度変化発電
　
8． 今後の展開