高機能磁気デバイス創製のためのシミュレーション手法の確立

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555184
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 島 進 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70026160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北條 正樹 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70252492) ; 鷲津 正夫 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10201162) ; 小寺 秀俊 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20252471) ; 遠藤 政治 住友特殊金属株式会社, ネオマックス事業部, 技術部長 ; 沖本 邦郎 摂南大学, 工学部, 教授 (30268487)
• Keywords: 粒子挙動解析法 / 磁場中成形 / 磁気配向 / 非球形モデル / 磁気・コセラ理論 / コセラせん断係数

Research Abstract

粒子系モデルによって磁場中成形解析を行うため,3次元非球形モデルを考案した.さらに異形粒子モデルに磁性を導入し,磁場中成形時の粒子挙動に関する考察を行った.磁場中成形時における圧力-密度比の関係を実験的に求めるとともに,磁場を印加する密度比を変化させた場合の成形体の磁気特性に関する実験検討も行った.さらに考案した粒子挙動解析法の応用として,コセラ連続体理論におけるパラメータで,従来定数として取り扱われてきたコセラせん断係数βを,粒子挙動解析シミュレーションによって得る方法を提案した.得られた主な成果は次の通りである.
1.静水圧の時に粒子配向が最も良く,平行圧縮の場合に最も悪くなる.これらは従来の実験による結果と定性的に一致する.
2.磁場の印加により成形体内部に異方性が出現し,これが最終的な磁気配向に影響する.
3.磁場を印加する密度比が高くなる程最終的な粒子配向が悪くなり,また粒子形状が磁気配向に大きく影響する.
4.磁場の印加により粉体内にはMaxwellの応力に加え,内部に生じる構造異方性により成形圧への影響が現れる.
5.磁場が印加する密度比を変化させた場合の成形体の磁気特性に関する検討を行い,交差圧粉による成形体が同一条件の平行圧縮による成形体の磁気特性を上回る.
6.粒子挙動解析シミュレーションによって得られたコセラせん断係数は密度が高くなるにつれて小さくなる.
7.この結果を磁場中成形解析に応用し,交差圧縮による粒子配向の方が,平行圧縮によるものよりも良く,その差は粒子平均角で約10度程度であるという結果が得られた.
本年度は,磁場中における,粉末の挙動を視覚的に捉えることを試みたが,まだ十分な結果が得られていない.来年度はこの点に焦点を当ててさらに研究を継続していきたいと考えている.

Research Products

• [Publications] H.Kotera & S.Shima: "Magnetic Powder Characteristics Simulated by 3D Particle Dynamics Method"Advanced Tech. Plasticity, (ed. M Geiger). Vol.2. 1345-1350 (1999)
• [Publications] H.Kotera & S.Shima: "Magneto-Cosserat Continuum Theory for Simulating the Magnetic Powder Behaviour during Compaction in Applied Magnetic Field"Advanced Tech. Plasticity, (ed. M Geiger). Vol.2. 1351-1356 (1999)
• [Publications] 小寺秀俊,島 進: "磁場中成形における磁性粉末の挙動に関する研究 (粒子モデルによるシミュレーションと実用)"粉体および粉末冶金. 46巻11号. 1196-1200 (1999)
• [Publications] S.Shima & H.Kotera: "Cosserat Continuum Theory to Simulate the Microscopic rotation of Magnetic Powder in Applied Magnetic Field"Int. J. Mech. Sci.. 42・1. 129-145 (2000)
• [Publications] S.Shima & H.Kotera: "3-D Simulation of Magnetic Particles' Behaviour during Compaction in a Magnetic Field"Powder Technology. (2000)