アクティブ低周波振動抑制のためのマクロファイバー複合材の界面改質
Interfacial Modification of Macro Fiber Composites for Active Low-Frequency Vibration Suppression
航空機などに広く使われる薄肉材料の低周波振動は、部品の致命的な損傷や重大事故につながる可能性がある。マクロファイバー複合材(MFC)を用いたアクティブ振動抑制は有望視されているが、MFC内部の界面(圧電セラミックス、ポリマーマトリックス、指状電極間)の弱さが、アクチュエーションひずみと有効抑制帯域幅を著しく制限し、広帯域空力励振下での工学的応用を限定していた。本研究では、センサーとアクチュエーターを統合したMFCベースの自己フィードバックデバイスを提案する。この課題に対処するため、プラズマエッチングとドーパミン着想の改質を組み合わせた界面改質戦略により、MFCアクチュエーターの性能ボトルネックを克服した。界面改質により、MFCの最大アクチュエーションひずみは915 μεから1105 με(20.8%増加)に向上した。アルミニウム製片持ち梁に適用した場合、共振周波数(75 Hz)で98.11%の振動抑制率を達成し、有効抑制帯域幅(抑制率50%超)は77 Hzに達した。この戦略はアルミニウム、ステンレス鋼、炭素繊維基板に有効であり、3つの材料すべてで同等の効率的な広帯域抑制が実現された。これにより、航空宇宙用途における低周波・広帯域アクティブ振動制御のためのMFCの潜在能力を最大限に引き出す強力な道筋が提供される。
- プラズマエッチングとドーパミン由来改質を組み合わせた界面改質により、MFCアクチュエーターの最大アクチュエーションひずみを915μεから1105μεへ20.8%向上させた
- アルミニウム製片持ち梁で共振周波数75Hzにおいて98.11%の振動抑制率を達成し、有効抑制帯域幅は77Hzに達した
- アルミニウム、ステンレス鋼、炭素繊維基板の3材料すべてで同等の効率的な広帯域振動抑制を実証した
マクロファイバー複合材(MFC)の界面改質によりアクチュエーションひずみを20.8%向上させ、航空宇宙分野のアクティブ振動抑制性能を大幅に改善した研究。アルミニウム・ステンレス鋼・炭素繊維など複数基板で同等の広帯域抑制効果を実証しており、航空機の薄肉構造材向け振動制御ソリューションとして産業応用の可能性が高い点に投資価値がある。