形状制約のない力学的異方性材料の簡易な弾性定数計測手法の開発｜国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

機械加工や表面処理を行うことなく独立弾性定数を一度に計測！

例えば、航空機、自動車、鉄道などの安全性についての開発は、変形や振動現象を論理的に解明し機体・車体構造を検討することにより進められています。弾性定数は上述した数値シミュレーションに必須な入力値であるとともに、解析精度に最も影響を与える材料物性の一つです。これまでの弾性定数の計測には、シンプルな形状かつ力学的等方性材料に対しては機械的試験法が用いられており、力学的異方性材料に対しては複数の異なる機械的試験法が用いられております。しかしながら、3次元かつ複雑な構造に加えて、力学的異方性材料に対しては従来の機械的試験法の適用は困難です。

本研究では、固体材料の共鳴振動現象を利用した超音波共鳴法を用いることで「形状制約のない力学的異方性材料の簡易な弾性定数計測手法」を開発することを目指しています。さらに、計測した弾性定数が機械的試験法で測定される標準偏差に収まる測定精度を実現することを目標としています。

料種・材料形態・計測環境の制約を伴わない計測手法！

本法は、任意の弾性定数を入力値に用いて共鳴振動解析を行い、振動実験から得られた共鳴振動数と各振動様式が解析結果と一致する入力弾性定数を逆解析的に求める手法です。固体材料の共鳴周波数は形状、密度、弾性定数のみに依存ことから、形状と密度が既知であれば原理的には一度の振動実験のみで任意の形状を有する製品・材料の弾性定数を測定することができる手法です。

本研究では、(1)材料種、(2)材料形態ならびに(3)計測環境の制約を伴わない計測手法の構築を目指しており、(1)金属材料・セラミックス材料・高分子材料・複合材料、(2)顕微鏡サイズ材料・薄膜材料・異種接合材料ならびに(3)高温環境下なども研究対象としています。