材料プリセット
変態温度 [°C]
力学パラメータ
▲ 温度–ひずみ ヒステリシスループ（加熱↑ / 冷却↓）
▲ Clausius-Clapeyron 応力–変態温度関係
理論・主要公式
Clausius-Clapeyron関係（応力誘起変態）：
$$\frac{d\sigma}{dT}= -\frac{\rho \cdot \Delta H}{\varepsilon_L \cdot T_0}$$
変態温度の応力依存性：$T_s(\sigma) = T_s^0 + \sigma / (d\sigma/dT)$
回復応力（完全拘束）：
$$\sigma_{rec}= E_A \cdot \varepsilon_L \cdot \left(1 - \frac{T - A_s}{A_f - A_s}\right)$$
仕事密度：$W = \frac{1}{2}\sigma^* \cdot \varepsilon_L$
形状記憶合金（SMA）シミュレーターとは
🙋
このシミュレーターで設定する「Ms」や「Af」って何ですか？温度が4つもあるんですね。
🎓
大まかに言うと、SMAが「形を覚える」温度と「形を変える」温度の境目だよ。Msは冷やしてマルテンサイト（柔らかい相）に変わり始める温度。Afは加熱してオーステナイト（硬い元の相）に完全に戻る温度だ。例えば医療用ステントは、Afを体温（37℃）より少し高く設計するんだ。そうすると体内に入れたら体温で元の形に戻るよね。まずは上のNiTiプリセットを選んで、Afのスライダーを37℃より高く設定してみて。
🙋
え、そうなんですか！で、「Clausius-Clapeyronスロープ」って難しい名前ですが、これは何に効くパラメータなんですか？
🎓
実務では「応力をかけると変態温度がどれだけズレるか」の傾きだと思えばOK。値が大きいと、温度変化よりも応力変化で変態を起こしやすくなる。例えば、このスロープを6 MPa/℃から10 MPa/℃に上げてみて。グラフの斜めの変態線が急になるのがわかるかな？航空機の省スペースヒンジなどは、このスロープを調整して、小さな温度変化で大きな力を出せるように設計するんだ。
🙋
なるほど！じゃあ「最大回復ひずみ」は、どれだけ形を覚えていられる限界みたいなものですか？
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その通り！SMAワイヤーを最大どれだけ引き伸ばしても元に戻れるかの限界値だ。例えば歯列矯正ワイヤーは、8%くらいの回復ひずみがあれば、歯をじわっと動かす力を持続できる。シミュレーターで「最大回復ひずみ」を2%から10%に変えてみると、グラフの横方向の幅が大きく変わるのが確認できるよ。これが小さすぎると実用にならないから、材料設計で特に重要なパラメータなんだ。
よくある質問
NiTiは最も一般的で大きな回復ひずみ（最大8%）と安定した超弾性を示します。Cu系はヒステリシスが狭く応答性に優れ、FeMn系は低コストで加工性が高いが回復ひずみはやや小さいです。各プリセットは代表的な変態温度とClausius-Clapeyronスロープを初期値として設定しています。
プリセットを使用すれば自動入力されますが、実測値や文献値がある場合は手動で上書き可能です。スロープは変態温度の応力依存性を決める重要なパラメータで、誤差が大きいとシミュレーション結果が実際の材料挙動と乖離するため注意が必要です。
最大回復ひずみは変態ひずみεLに基づき、応力下でのマルテンサイト変態量から算出されます。ヒステリシス幅はAs-Mf差や内部摩擦を反映し、温度サイクル時の応力-ひずみ曲線のループ幅として可視化されます。両者は材料の組成や熱処理に依存します。
温度-応力-ひずみの3軸プロット上で、実験で得た変態温度や応力-ひずみ曲線を重ねて表示できます。パラメータ（Ms/Mf/As/Af、スロープ、最大ひずみ）を実測値に合わせて調整し、フィッティング精度を確認してください。プリセットはあくまで標準値です。
実世界での応用
医療デバイス：血管内に留置するステントが代表例です。低温で圧縮した状態でカテーテルに収納し、体温（Afより高い温度）で元の形状に回復・拡張することで血管を広げます。歯列矯正ワイヤーも、口腔内の温度で持続的な軽い力を発生させ、歯を動かします。
航空宇宙・自動車：省スペースで大きな力を出せるアクチュエータとして、航空機のエンジンノズルのフラップや、自動車のルーフ開閉ヒンジに使用されます。パラメータを調整し、CAE（FEM）で動作を事前にシミュレーションすることが必須です。
建築・土木（免震・制振）：形状記憶合金ダンパーは、地震のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸収します。大きな変形後も元の形状に戻る（自己復元する）ため、メンテナンスが少なくて済む次世代の制振装置として研究が進んでいます。
民生家電・ロボット：静かで小型のアクチュエータとして、カメラのオートフォーカス機構や、ソフトロボットの人工筋肉の研究開発に応用されています。NiTi（ニチノール）ワイヤーに通電して自己発熱させ、収縮動作をさせるのが一般的な使い方です。
よくある誤解と注意点
まず、「変態温度は材料固有の絶対値」と思い込むことです。実は、同じNiTi合金でも熱処理や冷間加工の履歴でMsやAfは数十℃も変わります。シミュレーターのプリセット値は「目安」で、実際の材料データシートや自社測定値で検証することが必須です。例えば、NiTiプリセットのAfが52℃でも、実際のワイヤーでは45℃〜60℃のバラつきがあることは珍しくありません。
次に、Clausius-Clapeyronスロープと最大回復ひずみを独立したパラメータとして扱うこと。これらは先の数式でも示された通り、材料の根本物性（ΔH, ε_L）で結びついています。シミュレーターでは個別に入力できますが、現実の材料開発では「スロープを大きくしようと合金組成を変えたら、回復ひずみが小さくなってしまった」といったトレードオフが頻発します。バランスを見極めることが設計の肝です。
最後に、計算結果の「ヒステリシス幅」を軽視すること。変態の往復路で生じるこのエネルギー損失は、発熱や動作の応答速度に直結します。アクチュエータとして高速動作を求められる場合、ヒステリシス幅が30℃もある材料では発熱が大きすぎて実用になりません。例えば、精密ロボットの関節用には、幅が10℃以下の狭ヒステリシスSMAが求められます。シミュレーターで幅を広げてみると、加熱・冷却ループが大きく開くことを確認し、その影響をイメージしましょう。