2018 Fiscal Year Research-status Report
金属組成と気孔形態を制御したポーラスメタルコアサンドイッチ構造の開発とその設計法
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17K06842
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宇都宮 登雄 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60176708)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
半谷 禎彦 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80361385)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 多機能材料 / 環境材料 / ポーラスメタル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は，前年度に続き研究項目(1) 複合化ポーラスアルミニウム（Al）コアサンドイッチ構造の作製法の確立，(2) 単一および複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の強度評価法の構築 を実施した．
研究項目(1)では，アルミニウム合金ダイカストADC12とアルミニウム合金A6061からなる二層構造の複合化ポーラスAlをコア材，A1050を表面材とした長尺型のサンドイッチ構造の作製を試みた．その結果，発泡剤量，発泡時間，攪拌部厚みを調整することにより，各ポーラスAl層内の気孔形態がほぼ均等な長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造が作製可能となることが確認できた．次年度は，この長尺型サンドイッチ構造の作製および曲げ試験を実施する予定である．
研究項目(2)では，曲げ試験に用いたサンドイッチ構造と同程度の気孔形態を有するADC12単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の引張り試験結果をもとに，ポーラスAl層の応力－ひずみ関係を導出した．また，単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の有限要素弾塑性解析を，表面材とコア部の間に力学特性値を連続的に変化させることが可能な境界層を設けるように拡張し，引張り試験により得られた応力－ひずみ関係をもとに境界層内の力学特性を推定する方法を構築した．さらに，この境界層を設けた有限要素解析を実施してコア部および表面材内の応力分布を評価し，引張り型破損では，曲げ応力の表面近傍の曲げ（引っ張り）応力，せん断型破損ではせん断応力の最大値を用いて，各破損形態に対応した破損応力を推定できることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度，計画実施した事項に対して，以下の結果を得ることができた．
(1) A6061とADC12層内の気孔形態がほぼ均等な長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造を作製できた．
(2) 単一サンドイッチ構造の引張り試験結果をもとに，ポーラスAl層の応力－ひずみ関係を導出した．
(3) 単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の有限要素弾塑性解析を，表面材とコア部の間に力学特性値を連続的に変化させることが可能な境界層を設けるように拡張し，引張り試験で得られた応力－ひずみ関係をもとに境界層内の力学特性を推定する方法を構築した．
(4) 力学特性値を連続的に変化させた有限要素解析を実施してコア部および表面材内の応力分布を評価し，引張り型・せん断型の各破損形態に対応した破損応力を推定できることを確認した．
単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の曲げ試験において，破損形態が変化する知見が得られたことにより計画変更が必要となった．この変更により，長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製に関する検討を平成30年度に行うことになったため，若干の遅れが発生している．長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製および曲げ試験については，次年度継続して行うこととしている．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度から継続して，A6061とADC12層の長尺型複合化ポーラスアルAlコアサンドイッチ構造の作製を行う．作製した長尺型の複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の曲げ試験を行い，コア部を複合化したことによる破損特性（破損位置や破損形態，破損荷重等）の変化について考察する．コア部の変形についてはX線CTによる観察を併用する．これらの試験結果は，複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の破損応力推定に関する検討に用いる．
複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造に対して，表面材とコア部の間に，力学特性値を連続的に変化させることが可能な境界層を設けた弾塑性有限要素（ANSYS）による曲げ解析を実施し，コア部および表面材内の応力分布の評価を試みる．この解析結果を基に，単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の破損応力推定法の適用性に関する検討を行う．また，これまでの検討結果を総合して，複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製法 および ポーラスAlコアサンドイッチ構造の強度評価法 のまとめを行う．
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| Causes of Carryover |
単一ポーラスAlコアサンドイッチ構造の曲げ試験において，コア部の気孔率によって破損形態が変化するという新しい知見が得られた．そのため，長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製および作製条件の検討は，平成30年度に行うように計画変更した．この変更により，次年度は，この複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製および曲げ試験を行う予定である．
平成30年度未使用額（484,029円）は平成31年度予算と合算し，計画している長尺型複合化ポーラスAlコアサンドイッチ構造の作製費，曲げ試験・解析および強度評価検討の遂行経費として使用する予定である．
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