メゾスケールの流体モデルを用いた粒子懸濁高分子液体の流動解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650683
• Research Institution: Shiga University
• Principal Investigator: 千葉 訓司 滋賀大学, 教育学部, 教授 (60144440)
• Keywords: 繊維懸濁高分子溶液 / 繊維の3次元配向 / 平行平板流路内流れ / flip-over現象 / 多分散繊維懸濁液 / ブラウン運動学シミュレーション

Research Abstract

(1)平行平板流路内における多分散粒子懸濁液体の流れの数値解析
従来,単分散繊維懸濁液の流れに関しては,流れ場,応力場および繊維の配向状態が詳細に調べられている.ところが,実際には,繊維強化複合材料の成形過程において,流動中に繊維は切断されるため繊維のアスペクト比は多分散となる.そこで,本年度は,多分散繊維懸濁液を対象にして,流動特性ならびに平行平板流路内における繊維懸濁液体の発達している流れを数値解析した.
単分散の繊維懸濁液を用いた数値解析では,実際に測定される繊維懸濁液の流動特性を再現することはできないが,多分散性を考慮することにより,例えば,せん断粘度が溶媒の粘度より大きくなること,あるいは,第一法線応力差の発生などの繊維懸濁液特有の流動特性を予測することが可能になった.
また,多分散繊維懸濁液の平行平板流路内での流れに関しては,単分散の場合には,繊維のアスペクト比が小さくなると,flip-over現象が頻繁に起こるために,壁面近くの領域で応力の変動が極めて大きくなり,実際の流れ状態と大きく異なる数値計算結果となる.ところが,多分散性を考慮すると、応力の変動は抑えられ,繊維懸濁液特有の流れ場が得られた.従って,繊維懸濁液の流れを数値解析する際には,多分散性を考慮する必要があることが明らかになった.
(2)粒子懸濁高分子液体の流れ中における粒子と高分子の相互作用の解析
繊維懸濁高分子液体の流れ中において,繊維の配向には繊維の周りに存在する高分子鎖が大きな影響を与える.逆に,繊維の運動によって高分子鎖の形態の変化も影響を受ける.そこで,繊維と高分子の相互作用のメカニズムならびにこの相互作用による流れ場の変化についてブラウン運動学シミュレーションによる数値解析を試みたが,繊維と高分子の相互作用のメカニズムについて十分な結果を得ることができなかった.

Research Products

• [Publications] J.Azaiez, K.Chiba, F.Chinesta, A.Poitou: "State-of-the-Art on Numerical Simulation of Fiber-Reinforced Thermoplastic Forming Process"Arch. Comput. Meth. Engng.. Vol.9, No.2. 141-198 (2002)
• [Publications] F.Chinesta, K.Chiba, A.Poitou, G.Chaidron: "New numerical strategies for the prediction of 3D fiber orientation in steady recirculating flows"Proc. 37e Colloque Annuel du Groupe Fancais de Rheologie. 169-172 (2002)