高速回転を伴う高速衝突による凝集物質の接触破壊および衝撃波現象の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550075
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 田中 皓一 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70024362)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西田 政弘 名古屋工業大学, 工学研究科, 講師 (60282828) ; 井門 康司 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (40221775)
• Keywords: 高速衝撃 / 弾塑性変形 / 衝撃破壊 / 衝撃波 / 応力波 / 粒子集合体 / 数値シミュレーション / 実験力学

Research Abstract

この研究期間中では,高速回転を伴う高速衝撃現象の解明を目的として,主として以下の2つの課題について研究を行った.
(1)粒子集合体の衝撃現象
ここでは,容器内で2次元配列されたナイロン製球状粒子集合体に鋼球を衝突させた際に生じる粒子飛散現象及び応力波伝播現象を高速カメラにより撮影して個々の粒子運動を解析する実験手法と離散要素法(DEM)に基づく数値シミュレーション手法により粒子運動及び応力波伝播挙動を詳しく解析した.粒子間では法線方向の接触変形とそれに伴う摩擦現象による粒子の回転運動が粒子集合体に与える特徴的な挙動を見出した.この結果はいくつかの学術雑誌に掲載し,投稿中および登校準備中の論文2編がある.また,3次元粒子集合体および不均一粒子集合体への拡張を行っている.
(2)高速回転を伴う固体円板の高速衝突現象
ここでは,先ずアルミニウム円板に回転を与えてアルミニウム製ターゲットに衝突させるための実験装置を製作した.次に,低速域での衝突実験を行い,その際に生じる円板の反発運動現象を高速カメラで観測・解析すると共に円板及びターゲットの変形過程をひずみセンサー等で調べた.また,AUTODYN-2Dによる数値シミュレーションも行った.その結果,現時点では比較的低速の衝突現象ではあるが,円板の反発係数に及ぼす回転の特徴ある効果が見出された.引き続いて回転速度及び衝突速度の高速化を図るとともに,その際に生じる接触面での破壊現象を詳しく調べる研究を継続中である.この研究の成果は2編の論文とし,1編は投稿済み,1編は準備中である.

Research Products

• [Publications] 西田政弘, 田中皓一 他: "粒子集合体への球状飛しょう体の衝突現象"日本機械学会論文集(A編). 68-666. 196-204 (2002)
• [Publications] K.Tanaka, M.Nishida et al.: "Discrete Element Simulation for Dynamic Response of Two-dimensional Granular Matter to Impact of a Spherical Projectile"Powder Technology. 124-1. 160-173 (2002)
• [Publications] 西田政弘, 田中皓一 他: "二次元配列された球状粒子集合体への球状飛しょう体の斜め衝突"日本機械学会論文集(A編). 69・678. 470-479 (2003)