コンベックステープ状Cu-Al-Mn 形状記憶合金素子の 座屈特性に及ぼす繰返し座屈変形の影響

長柱状の形状記憶合金（SMA）は、座屈した際に負の剛性を示す場合がある。SMAは座屈前の形状に回復することができるため、この座屈中の負の剛性は繰り返し使うことができる。この特性は準ゼロ剛性機構を用いたパッシブ型除振装置への適応が期待されている。我々研究グループは準ゼロ剛性機構を用いたパッシブ型除振装置へのSMAの適用のため、機械的特性の環境温度依存性が低いCu-Al-Mn(CAM) SMAに着目、材料をテープ状にしたテープ状CAM SMAの座屈特性について調査した。その結果、CAM SMAは除振装置に適した座屈特性を有することを明らかにした。そこで我々研究グループはCAM SMA材のさらなる高機能化を目的に、材料断面に曲率を付与したコンベックステープ状CAM SMA試料を作製した。本研究ではコンベックステープ状CAM SMA試料の繰返し座屈変形にともなう座屈疲労・機能劣化特性について調査し、従来の平板テープ状CAM SMA試料と比較した。また断面の曲率付与による座屈疲労・機能劣化特性の変化について、FEMによる応力解析およびSEMによる破面の観察によって考察した。その結果、コンベックステープ状試料は平板テープ状試料と比較し、負の接線剛性値は増加するが、繰返し座屈変形にともなう機能劣化が大きく、また疲労特性が低下する傾向にあった。これは、コンベックステープ状試料は座屈変形中に試料中央部の端部に応力が集中し、この応力集中した部位からの亀裂進展が起こることが原因であると考えられる。

Long column-shaped shape memory alloys（SMAs）shows negative stiffness during buckling deformation. Since SMAs can recover to its original shape, this negative stiffness during buckling deformation can be used repeatedly. This negative stiffness is expected to be applied to passive vibration isolators that use quasi-zero stiffness mechanisms. We have been investigating the buckling characteristics of tape-shaped Cu-Al-Mn（CAM）SMA, for application to passive vibration isolation devices using a quasi-zero stiffness mechanism. As a result, it was found that CAM SMA has buckling characteristics that are suitable for vibration isolation devices. In order to further improve the functionality of CAM SMA materials, we have fabricated a convex tape-shaped CAM SMA specimen with a curvature in the cross-section of the material. In this study, we investigated the buckling fatigue and functional degradation characteristics of a convex tape-shaped CAM SMA specimen due to repeated buckling deformation and compared them with those of a flat tape-shaped CAM SMA specimen. We also investigated the variation in buckling fatigue and functional degradation characteristics due to the addition of curvature to the cross-section using Finite Element Method（FEM）analysis and Scanning Electron Microscope（SEM）observation. As a result, compared to flat tape-shaped specimens, the negative tangential stiffness value of convex tapeshaped specimens increases, but their functional degradation characteristics and fatigue characteristics decrease. This is thought to be due to the stress concentrating at the edge of the center of the convex tape-shaped specimen during buckling deformation, and the crack propagation developing from this stress-concentrated area.

Shape memory alloy, Cu-Al-Mn , Pasive vibration-isolation device, Buckling，Fracture