圧電デバイスの有限要素モデルとシミュレーション

圧電デバイスの有限要素モデルとシミュレーション

著者名 加川 幸雄 編著
山淵 龍夫
安藤 英一
発行元 丸善出版
発行年月日 2014年09月
判型 A5 210×148
ページ数 266ページ
ISBN 978-4-621-08841-8
Cコード 3053
ジャンル 電気・電子・情報工学 >  電気 >  電気回路・計測・材料

内容紹介

圧電とは機械系と電気系が空間的に連成している系で、弾性体の機械的変形が圧電効果により電気系に作用する、あるいはその逆に、電界が加えられると機械的変位が生じるような現象の事。この現象を利用して、多くの電子素子、電気機械変換器などが開発され、広く利用されている。 本書は、このような電気機械結合系の有限要素法とその応用に関し、圧電系の有限要素モデルによる離散化方程式の導出と、具体的な圧電デバイス(素子や機器)の数値シミュレーション例について解説するもの。また、有限要素法による数値解法を与えるだけでなく、電気的等価回路網を構築することで、物理的振る舞いの理解に資するよう工夫されている。三次元有限要素解析プログラムのコードと解説もダウンロード可能。

目次

1章 圧電/磁歪現象
 1‐1 沿革
  1‐1‐1 圧電/電歪
  1‐1‐2 磁歪
 1‐2 圧電板の変形と振動
  1‐2‐1 等価モデル
  1‐2‐2 電気機械結合係数
2章 圧電/磁歪構成方程式
 2‐1 弾性変形と振動方程式
  2‐1‐1 フックの法則とテンソル
  2‐1‐2 2次元近似モデル
  2‐1‐3 振動/波動方程式
 2‐2 圧電構成方程式の基本式
  2‐2‐1 圧電構成方程式
  2‐2‐2 各種定数等について
  2‐2‐3 電気機械結合係数
 2‐3 磁歪の基本式
  2‐3‐1 磁歪構成方程式
  2‐3‐2 各種定数等について
 2‐4 圧電と磁歪の双対性
3章 エネルギー原理
 3‐1 エネルギー保存
 3‐2 汎関数と運動方程式
  3‐2‐1 エネルギーの平衡
  3‐2‐2 2次形式
 3‐3 ハミルトンの原理
 3‐4 いくつかの補足
  3‐4‐1 調和振動
  3‐4‐2 電界の準静的取り扱いについて
  3‐4‐3 非線形モデル
  3‐4‐4 境界要素法
  3‐4‐5 音響放射
4章 圧電系の有限要素法
 4‐1 圧電系構成方程式
  4‐1‐1 圧電基本式
  4‐1‐2 各基本量の節点変数ベクトルによる表現
 4‐2 圧電材の各種テンソルの表示
  4‐2‐1 圧電結晶と圧電セラミックス
  4‐2‐2 等方性材質のテンソルの表示
  4‐2‐3 水晶のテンソルの表示
  4‐2‐4 圧電セラミックスのテンソルの表示
  4‐2‐5 テンソルの座標回転変換
 4‐3 エネルギー関数
  4‐3‐1 ハミルトン原理
  4‐3‐2 各種エネルギーについて
 4‐4 離散化と離散化方程式
  4‐4‐1 エネルギー関数
  4‐4‐2 各種エネルギーのマトリックス表現
  4‐4‐3 非定常応答
  4‐4‐4 定常応答
  4‐4‐5 固有値解析
 4‐5 2次元の要素マトリックス
  4‐5‐1 2次元の場合の各種テンソル
  4‐5‐2 領域の要素分割と要素内変位ベクトル,ポテンシャル
  4‐5‐3 ひずみベクトル{S}の節点変位ベクトル表示
  4‐5‐4 電界の強さベクトル{E}の節点ポテンシャルベクトル表示
  4‐5‐5 要素マトリックスの導出
 4‐6 3次元の要素マトリックス
  4‐6‐1 領域の要素分割と要素内の変位ベクトル,ポテンシャル
  4‐6‐2 要素内の任意点でのポテンシャルφ
  4‐6‐3 全体座標変数と局所座標変数による微分,積分演算
  4‐6‐4 ひずみベクトル{S}の節点変位ベクトル表示
  4‐6‐5 電界の強さベクトル{E}の節点ポテンシャルベクトル表示
  4‐6‐6 要素マトリックスの導出
  4‐6‐7 付加変数を消去した要素マトリックスの導出
 4‐7 文献についての補足
5章 モーダル・モデルと電気的等価回路
 5‐1 モーダル解析
 5‐2 モードの分離
 5‐3 定常強制振動
 5‐4 圧電効果の振動への影響
 5‐5 等価回路と集中定数
 5‐6 等価回路モデルの有効限界
  5‐6‐1 モーダル解析と等価回路
  5‐6‐2 弾性棒の1次元振動と解析解
  5‐6‐3 数値実験
6章 圧電デバイス応用例
 6‐1 面内振動
  6‐1‐1 2次元電気・機械振動子の有限要素シミュレーション
  6‐1‐2 任意な電極配列を持つ電気・機械素子の有限要素シミュレーション
 6‐2 軸対称振動子,音響放射,トランスジューサ
  6‐2‐1 軸対称圧電振動体の有限要素シミュレーション
  6‐2‐2 音響放射を伴う超音波トランスジューサ
  6‐2‐3 無限要素による音響放射問題の解析
 6‐3 圧電トランスの3D有限要素モデル
  6‐3‐1 圧電トランスと等価回路
  6‐3‐2 有限要素モデル
  6‐3‐3 実験
  6‐3‐4 モデリングと解析
  6‐3‐5 双峰特性
 6‐4 温度効果の組み込み
  6‐4‐1 有限要素法による回転板水晶振動子の温度特性
  6‐4‐2 3次元有限要素法を用いた圧電振動子の温度特性解析と温度センサー解析への応用
  6‐4‐3 圧電振動子の熱問題
 6‐5 回転の効果――圧電型振動ジャイロ
  6‐5‐1 平板圧電振動ジャイロ――2次元有限要素解析
  6‐5‐2 コリオリ力
  6‐5‐3 円筒形型振動ジャイロ――3次元有限要素法による解析
 6‐6 力センサー/アクチュエータ
  6‐6‐1 円筒形型圧電セラミックスによる3軸圧電センサーおよびアクチュエータ――3次元有限要
        素解析
 6‐7 曲げ振動子
  6‐7‐1 電歪振動子を貼付した音片振動子とフィルタの解析
  6‐7‐2 圧電単結晶を用いたセンサー
 6‐8 振動制御
  6‐8‐1 等価回路モデル
  6‐8‐2 圧電素子によるパッシブ制振
 6‐9 非定常/時間領域問題
  6‐9‐1 ピエゾ振動子の過渡応答特性――時間領域解法と周波数領域解法
  6‐9‐2 円環型超音波モーター
 6‐10 3次元非線形電界のための有限要素法――圧電材における分極プロセスシミュレーション
  6‐10‐1 圧電セラミックスの分極特性
  6‐10‐2 汎関数表示
  6‐10‐3 ニュートン・ラフソン法による定式化
  6‐10‐4 計算例
【※以下はダウンロードしてご覧ください】
7章 ダウンロードできるプログラム
 7‐1 3次元圧電弾性振動解析有限要素法プログラム(PIEZZO3D1)
 7‐1‐1 理論解説
  7‐1‐2 プログラムの概要
  7‐1‐3 メインプログラムと主なサブルーチンプログラム
  7‐1‐4 メインプログラムの説明
  7‐1‐5 サブルーチンプログラムの説明
  7‐1‐6 計算例
  7‐1‐7 3次元圧電弾性振動解析有限要素法プログラム(PIEZZO3D1)コード
 7-2 圧電分極シミュレーションプログラム(POLPROC3DE1)
  7‐2‐1 理論解説
  7‐2‐2 プログラムの概要
  7‐2‐3 メインプログラムと主なサブルーチンプログラム  
  7‐2‐4 メインプログラムの説明
  7‐2‐5 サブルーチンプログラムの説明
  7‐2‐6 共通サブルーチンの使用法
  7‐2‐7 計算例
  7‐2‐8 圧電分極シミュレーションプログラム(POLPROC3DE1)コード

定価:本体5,400円+税
在庫:在庫あり