JPH09317821A - 機能性構造材 - Google Patents
機能性構造材Info
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- JPH09317821A JPH09317821A JP13200096A JP13200096A JPH09317821A JP H09317821 A JPH09317821 A JP H09317821A JP 13200096 A JP13200096 A JP 13200096A JP 13200096 A JP13200096 A JP 13200096A JP H09317821 A JPH09317821 A JP H09317821A
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Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造材の固有振動数を必要に応じて変化させ
ることができ、振動や騒音を低減できる機能構造材や、
使用過程で構造材の剛性を増加させることができる構造
材を提供しようとするものである。 【解決手段】 所望形状に記憶処理された形状記憶合金
線材を、変態点以下の温度で引張り荷重を加えて初期歪
みを与え、歪みを維持した状態で繊維強化型複合材料に
埋め込み、線材の温度を変態点前後で調節することによ
り、複合材料の固有振動数を調節した制振機能を有する
構造材、及び、前記の構造材の剛性を増加する必要があ
るときに前記線材の温度を前記変態点より高温にして、
記憶形状を復元し、剛性を増加可能にしたことを特徴と
する剛性増加機能を有する構造材。
ることができ、振動や騒音を低減できる機能構造材や、
使用過程で構造材の剛性を増加させることができる構造
材を提供しようとするものである。 【解決手段】 所望形状に記憶処理された形状記憶合金
線材を、変態点以下の温度で引張り荷重を加えて初期歪
みを与え、歪みを維持した状態で繊維強化型複合材料に
埋め込み、線材の温度を変態点前後で調節することによ
り、複合材料の固有振動数を調節した制振機能を有する
構造材、及び、前記の構造材の剛性を増加する必要があ
るときに前記線材の温度を前記変態点より高温にして、
記憶形状を復元し、剛性を増加可能にしたことを特徴と
する剛性増加機能を有する構造材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械やその他の振
動源から伝達される励振力による振動や騒音を低減する
機能や、必要時に剛性を増加させる機能を備えた構造材
に関する。
動源から伝達される励振力による振動や騒音を低減する
機能や、必要時に剛性を増加させる機能を備えた構造材
に関する。
【０００２】
【従来の技術】機械や構造物を構成する構造部材、特
に、薄板部材が、機械やその他の振動源から伝達される
励振力により、振動したり、その振動により騒音を発生
したりすることがある。一般に、機械や構造物を構成す
る構造材の固有振動数が、前記の励振力の周波数と一致
して共振すると、極めて大きな振動や騒音を発生する。
しかし、従来、構造材自体の固有振動数を変化させるこ
とができなかったので、その他の設計要因で振動や騒音
の発生を抑制していた。
に、薄板部材が、機械やその他の振動源から伝達される
励振力により、振動したり、その振動により騒音を発生
したりすることがある。一般に、機械や構造物を構成す
る構造材の固有振動数が、前記の励振力の周波数と一致
して共振すると、極めて大きな振動や騒音を発生する。
しかし、従来、構造材自体の固有振動数を変化させるこ
とができなかったので、その他の設計要因で振動や騒音
の発生を抑制していた。
【０００３】また、機械や構造物を構成する構造材の剛
性を選択するためには、材質の選択や複合材においては
その組み合わせによっていた。しかし、それらの構造材
には１つの剛性が存在するだけで、使用過程で構造材の
剛性を変化させて使用するとの発想が存在しなかった。
性を選択するためには、材質の選択や複合材においては
その組み合わせによっていた。しかし、それらの構造材
には１つの剛性が存在するだけで、使用過程で構造材の
剛性を変化させて使用するとの発想が存在しなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の欠点を解消し、構造材の固有振動数を必要に応じ
て変化させることができ、構造材に加わる励振力の周波
数と一致しないように調整・制御することにより、騒音
を低減可能とする機能性構造材、及び、使用過程で構
造材の剛性を増加させることができる機能性構造材を提
供しようとするものである。後者において、ある限られ
た時間だけ高い剛性を必要とするときに、そのときだけ
高い剛性を付与できるため、機械や構造物の重量を軽量
化することができる。
記の欠点を解消し、構造材の固有振動数を必要に応じ
て変化させることができ、構造材に加わる励振力の周波
数と一致しないように調整・制御することにより、騒音
を低減可能とする機能性構造材、及び、使用過程で構
造材の剛性を増加させることができる機能性構造材を提
供しようとするものである。後者において、ある限られ
た時間だけ高い剛性を必要とするときに、そのときだけ
高い剛性を付与できるため、機械や構造物の重量を軽量
化することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
採用することにより、上記課題の解決を可能にしたもの
である。 (1) 所望の形状に記憶処理された、表面に微細な凹凸を
有する形状記憶合金線材を、変態点以下の温度で引張り
荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維持した状態で
繊維強化型複合材料に埋め込み、前記線材の温度を前記
変態点前後で調節することにより、複合材料の固有振動
数を調節可能としたことを特徴とする制振機能を有する
構造材。
採用することにより、上記課題の解決を可能にしたもの
である。 (1) 所望の形状に記憶処理された、表面に微細な凹凸を
有する形状記憶合金線材を、変態点以下の温度で引張り
荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維持した状態で
繊維強化型複合材料に埋め込み、前記線材の温度を前記
変態点前後で調節することにより、複合材料の固有振動
数を調節可能としたことを特徴とする制振機能を有する
構造材。
【０００６】(2) 所望の形状に記憶処理された、表面に
微細な凹凸を有する形状記憶合金線材を、変態点以下の
温度で引張り荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維
持した状態で繊維強化型複合材料に埋め込み、該構造材
の剛性を増加する必要があるときに、前記線材の温度を
前記変態点より高温にして、記憶形状を復元し、剛性を
増加可能にしたことを特徴とする剛性増加機能を有する
構造材。
微細な凹凸を有する形状記憶合金線材を、変態点以下の
温度で引張り荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維
持した状態で繊維強化型複合材料に埋め込み、該構造材
の剛性を増加する必要があるときに、前記線材の温度を
前記変態点より高温にして、記憶形状を復元し、剛性を
増加可能にしたことを特徴とする剛性増加機能を有する
構造材。
【０００７】(3) 前記線材を加熱用電源へ接続可能にし
たことを特徴とする上記(1) 又は(2) 記載の機能を有す
る構造材。 (4) 前記複合材料に加熱用ヒーターを埋め込んみ、該ヒ
ーターを加熱用電源へ接続可能にしたことを特徴とする
上記(1) 又は(2) 記載の機能を有する構造材。 (5) 前記線材が直線形状を有することを特徴とする上記
(1) 〜(4) のいずれか１つに記載の機能を有する構造
材。
たことを特徴とする上記(1) 又は(2) 記載の機能を有す
る構造材。 (4) 前記複合材料に加熱用ヒーターを埋め込んみ、該ヒ
ーターを加熱用電源へ接続可能にしたことを特徴とする
上記(1) 又は(2) 記載の機能を有する構造材。 (5) 前記線材が直線形状を有することを特徴とする上記
(1) 〜(4) のいずれか１つに記載の機能を有する構造
材。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、機械や構造物などの構
造材、特に薄板部材中に表面に微細な凹凸を有する形状
記憶合金線材を埋め込み、前記線材の温度を前記変態点
より高温にすることにより、前記構造材の固有振動数を
調節して振動や騒音を低減させ、また、必要時に剛性を
増加させることのできる機能性構造材である。なお、前
記微細な凹凸は、例えば２０分間酸洗を行うことにより
形成することができる。
造材、特に薄板部材中に表面に微細な凹凸を有する形状
記憶合金線材を埋め込み、前記線材の温度を前記変態点
より高温にすることにより、前記構造材の固有振動数を
調節して振動や騒音を低減させ、また、必要時に剛性を
増加させることのできる機能性構造材である。なお、前
記微細な凹凸は、例えば２０分間酸洗を行うことにより
形成することができる。
【０００９】例えば、直線に形状記憶処理し、表面に微
細な凸凹を有する形状記憶合金線材を、前記線材の変態
点以下の温度で引張り荷重を加えた後除荷し、図４に示
すように初期歪みを与え、その歪みを維持した状態で繊
維強化型複合材料に埋め込んで薄板等の構造材を構成す
る。
細な凸凹を有する形状記憶合金線材を、前記線材の変態
点以下の温度で引張り荷重を加えた後除荷し、図４に示
すように初期歪みを与え、その歪みを維持した状態で繊
維強化型複合材料に埋め込んで薄板等の構造材を構成す
る。
【００１０】この構造材は、前記線材の変態点より高い
温度において、マルテンサイト相からオーステナイト相
に変態し、図５に示すような応力−歪み特性となるの
で、温度と弾性係数の関係は図６のように変態点よりも
高い温度の方が弾性率が大きくなる。例えば、横弾性係
数Ｇは、変態点より低温のマルテンサイト相では８００
〜１０００ｋｇ／ｍであるのに対し、変態点より高温の
オーステナイト相では１８００〜２２００ｋｇ／ｍと大
きな値を示す。また、歪みを拘束した状態で温度を上昇
させると、図７に示すように大きな形状回復力が生ず
る。
温度において、マルテンサイト相からオーステナイト相
に変態し、図５に示すような応力−歪み特性となるの
で、温度と弾性係数の関係は図６のように変態点よりも
高い温度の方が弾性率が大きくなる。例えば、横弾性係
数Ｇは、変態点より低温のマルテンサイト相では８００
〜１０００ｋｇ／ｍであるのに対し、変態点より高温の
オーステナイト相では１８００〜２２００ｋｇ／ｍと大
きな値を示す。また、歪みを拘束した状態で温度を上昇
させると、図７に示すように大きな形状回復力が生ず
る。
【００１１】本発明にかかる構造材に埋め込まれた形状
記憶合金線材に電流を流すか、ヒータなどで前記線材を
変態点以上の温度に加熱すると、弾性係数が増加する。
そして、前記線材は、表面に微細な凸凹が付設されてい
るので、繊維強化型複合材料を構成する樹脂と、前記線
材が滑ることなく結合され、形状記憶合金線材は歪みの
拘束を受けるので、図７に示すように形状回復力が発生
する。
記憶合金線材に電流を流すか、ヒータなどで前記線材を
変態点以上の温度に加熱すると、弾性係数が増加する。
そして、前記線材は、表面に微細な凸凹が付設されてい
るので、繊維強化型複合材料を構成する樹脂と、前記線
材が滑ることなく結合され、形状記憶合金線材は歪みの
拘束を受けるので、図７に示すように形状回復力が発生
する。
【００１２】このように、形状記憶合金線材に生ずる形
状回復応力により、複合構造材に面内力が発生し、これ
によって複合構造材の等価な弾性係数を増加させること
ができる。この形状回復力に起因して生ずる複合構造材
の等価弾性係数の増加と、オーステナイト相に変態する
ことによって生ずる形状記憶合金線材そのものの弾性係
数の増加の両方の効果により、複合構造材の剛性を増加
させたり、固有振動数を変化させることができる。
状回復応力により、複合構造材に面内力が発生し、これ
によって複合構造材の等価な弾性係数を増加させること
ができる。この形状回復力に起因して生ずる複合構造材
の等価弾性係数の増加と、オーステナイト相に変態する
ことによって生ずる形状記憶合金線材そのものの弾性係
数の増加の両方の効果により、複合構造材の剛性を増加
させたり、固有振動数を変化させることができる。
【００１３】一般に、機械や構造物を構成する構造材の
固有振動数が振動力の周波数と一致し、共振した場合
は、極めて大きな振動や騒音を発生する。したがって、
前記のように、構造材の振動特性を変化させ、励振力の
周波数と一致しないように調整することにより、発生す
る振動や騒音を著しく低減させることが可能となる。ま
た、形状記憶合金材の温度上昇により生ずる回復応力を
利用して、剛性を増加させることができるので、通常の
状態において高い剛性を有するため重量の大きな構造材
を使用する必要がなく、同等の剛性を付与する他の方法
に比べて、構造材の軽量化を図ることができる。
固有振動数が振動力の周波数と一致し、共振した場合
は、極めて大きな振動や騒音を発生する。したがって、
前記のように、構造材の振動特性を変化させ、励振力の
周波数と一致しないように調整することにより、発生す
る振動や騒音を著しく低減させることが可能となる。ま
た、形状記憶合金材の温度上昇により生ずる回復応力を
利用して、剛性を増加させることができるので、通常の
状態において高い剛性を有するため重量の大きな構造材
を使用する必要がなく、同等の剛性を付与する他の方法
に比べて、構造材の軽量化を図ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、図面により、本発明の実施例を説明す
る。図８の右図に記載のＭＯＤＥ１〜９は形状記憶合金
線材を配置する方向（Ｘ，Ｙ）及び本数を変化させた構
造材であり、図中の点線は振動モードの節を表し、図８
の左図は各モードの回復力と固有振動数との関係を示し
たものである。例えば、形状記憶合金線材を全てＸ方向
に配置したＭＯＤＥ２、５、９は、振動モードの節の増
加に伴い、固有振動数が高くなっていることが分かる。
また、図９は、ＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２の構造材の振
動解析の結果を示した図である。構造材中の形状記憶合
金線材の配置方向に対応して振動モード形が形成される
ことが分かる。
る。図８の右図に記載のＭＯＤＥ１〜９は形状記憶合金
線材を配置する方向（Ｘ，Ｙ）及び本数を変化させた構
造材であり、図中の点線は振動モードの節を表し、図８
の左図は各モードの回復力と固有振動数との関係を示し
たものである。例えば、形状記憶合金線材を全てＸ方向
に配置したＭＯＤＥ２、５、９は、振動モードの節の増
加に伴い、固有振動数が高くなっていることが分かる。
また、図９は、ＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２の構造材の振
動解析の結果を示した図である。構造材中の形状記憶合
金線材の配置方向に対応して振動モード形が形成される
ことが分かる。
【００１５】〔具体例〕母材としてＧＰＲＰを使用し、
直径０．５ｍｍの形状記憶合金線を２０分間酸洗して表
面に凹凸を設け、体積含有率（Ｖｆ）３０％で母材（Ｇ
ＰＲＰ）中に一方向に配列して埋め込み構造材を作製し
た。その回復力（σ）を測定したところ、２５ｋｇ／ｍ
ｍ2 であり、固有振動数は約３倍に、剛性は約９倍に増
加した。なお、前記形状記憶合金線は、変態点より低温
のマルテンサイト相では８００〜１０００ｋｇ／ｍであ
るのに対し、変態点より高温のオーステナイト相では１
８００〜２２００ｋｇ／ｍと大きな値を示した。
直径０．５ｍｍの形状記憶合金線を２０分間酸洗して表
面に凹凸を設け、体積含有率（Ｖｆ）３０％で母材（Ｇ
ＰＲＰ）中に一方向に配列して埋め込み構造材を作製し
た。その回復力（σ）を測定したところ、２５ｋｇ／ｍ
ｍ2 であり、固有振動数は約３倍に、剛性は約９倍に増
加した。なお、前記形状記憶合金線は、変態点より低温
のマルテンサイト相では８００〜１０００ｋｇ／ｍであ
るのに対し、変態点より高温のオーステナイト相では１
８００〜２２００ｋｇ／ｍと大きな値を示した。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、形状記憶合金線材の弾性係数の増加や形状回復力
により、形状記憶合金線材を埋設した構造材の固有振動
数や剛性を変化させることができるので、機械などの振
動源から伝達される励振力により発生する振動騒音を大
幅に低減することができ、また、ある有限時間の必要剛
性について、剛性増加機能を活用して、低剛性な設計が
可能になるので、機械や装置の軽量化を可能にした。
より、形状記憶合金線材の弾性係数の増加や形状回復力
により、形状記憶合金線材を埋設した構造材の固有振動
数や剛性を変化させることができるので、機械などの振
動源から伝達される励振力により発生する振動騒音を大
幅に低減することができ、また、ある有限時間の必要剛
性について、剛性増加機能を活用して、低剛性な設計が
可能になるので、機械や装置の軽量化を可能にした。
【図１】本発明にかかる機能性構造材を構成する直線状
の形状記憶合金線材の表面に凸凹を付与した状態を示し
た図である。
の形状記憶合金線材の表面に凸凹を付与した状態を示し
た図である。
【図２】図１の直線状の形状記憶合金線材を繊維強化型
複合材に埋め込んだ複合材ラミナの説明図である。
複合材に埋め込んだ複合材ラミナの説明図である。
【図３】図２の複合材ラミナを積層した機能性構造材の
説明図である。
説明図である。
【図４】本発明で使用する形状記憶合金線材の変態点未
満における応力−歪みの関係を示したグラフである。
満における応力−歪みの関係を示したグラフである。
【図５】本発明で使用する形状記憶合金線材の変態点以
上における応力−歪みの関係を示したグラフである。
上における応力−歪みの関係を示したグラフである。
【図６】本発明で使用する形状記憶合金線材の温度と弾
性係数の関係を示したグラフである。
性係数の関係を示したグラフである。
【図７】本発明で使用する形状記憶合金線材の温度と形
状回復力の関係を示したグラフである。
状回復力の関係を示したグラフである。
【図８】本発明にかかる、形状記憶合金線材を埋め込ん
だ構造材の形状回復力と固有振動数の関係を示したグラ
フである。
だ構造材の形状回復力と固有振動数の関係を示したグラ
フである。
【図９】図８のＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２にかかる構造
材の振動解析結果を示した図である。
材の振動解析結果を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 所望の形状に記憶処理された、表面に微
細な凹凸を有する形状記憶合金線材を、変態点以下の温
度で引張り荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維持
した状態で繊維強化型複合材料に埋め込み、前記線材の
温度を前記変態点前後で調節することにより、複合材料
の固有振動数の調節を可能にしたことを特徴とする制振
機能を有する構造材。 - 【請求項２】 所望の形状に記憶処理された、表面に微
細な凹凸を有する形状記憶合金線材を、変態点以下の温
度で引張り荷重を加えて初期歪みを与え、該歪みを維持
した状態で繊維強化型複合材料に埋め込み、該構造材の
剛性を増加する必要があるときに、前記線材の温度を前
記変態点より高温にして、記憶形状を復元し、剛性を増
加可能にしたことを特徴とする剛性増加機能を有する構
造材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13200096A JPH09317821A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 機能性構造材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13200096A JPH09317821A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 機能性構造材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09317821A true JPH09317821A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15071219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13200096A Pending JPH09317821A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 機能性構造材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09317821A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998057014A1 (en) * | 1997-06-12 | 1998-12-17 | Hamid Davoodi | Building system using shape memory alloy members |
| WO2002097149A1 (fr) * | 2001-05-29 | 2002-12-05 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Materiau composite fonctionnel a memoire de forme et son procede de production |
| EP1516936A4 (en) * | 2002-06-04 | 2005-08-31 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | A VERY FINE WIRE OF MOLDED ALLOY ALLOY, COMPOSITE MATERIAL COMPRISING IT, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
| DE102008061648A1 (de) | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Sensorhalterung für mindestens einen Sensor an einer Gasturbine |
| JP2014055527A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Smk Corp | 平型形状記憶ケーブル体及びそれを使用した駆動装置 |
| JP2016145582A (ja) * | 2016-05-19 | 2016-08-12 | Smk株式会社 | 駆動装置 |
-
1996
- 1996-05-27 JP JP13200096A patent/JPH09317821A/ja active Pending
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