Development of high-performance phase-field computational method for AM microstructure control
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient |
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| Project/Area Number |
22H05282
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | フェーズフィールド法 / 高性能計算 / 材料組織 / 積層造形 |
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| Outline of Research at the Start |
金属合金の付加製造（3Dプリンタ）では，最終的に作成される製品を構成する微細な材料組織の制御が極めて重要である．この材料組織をコンピュータシミュレーションによって予測する技術を開発する．手法としてはフェーズフィールド法を用い，グラフィックボード複数並列した大規模シミュレーションを可能とする．これによって付加製造の組織予測技術を世界最高水準に押し上げ，デジタルツイン構築に貢献する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
付加製造におけるデジタルツイン構築に向けて，材料組織を高精度に予測可能な数値計算法の構築が急務である．本研究では，粉末床溶融結合方式を対象とし，結晶粒スケールの組織予測法の開発を二つの時空間スケールから行った．一つは，溶融池内の流動と温度をできる限り詳細に解き，それらに影響を受ける材料組織を高精度に予測する手法．もう一つは，できる限り簡便な計算で複数層・複数トラックのビーム走査における組織予測を可能とし，最終的には様々なスキャンストラテジーに対応する手法である．
前者においては，多結晶凝固multi-phase-field (MPF)モデルと混相流MPFモデルにNavier-Stokes方程式を連成させ，PF法のみで全界面を表現するモデルを構築し2次元計算を可能とした．2種類のMPF計算においては，各ステップの計算後にPFプロファイルを変換する手法を導入した．また，3次元計算を可能とするために，格子ボルツマン法による液相流動を表現するモデル化に着手した．
後者においては，温度の時空間発展を移動点熱源の理論式で表現し，多結晶凝固MPFモデルに導入した．また，複数GPU並列計算による高性能計算を可能とした．これによって複数層・複数トラックのビーム走査を可能としたが，それでも計算コストは高い．そこで，計算対象領域を溶融池近傍に限定する計算高速化法を導入し，複数のスキャンストラテジーへの対応を可能とした．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(18 results)
