2018 Fiscal Year Research-status Report
高精度金型設計のための粉体成形シミュレーション技術の実証
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17KK0110
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 幹夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00391342)
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| Project Period (FY) |
2018 – 2020
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| Keywords | 計算科学 / 化学工学 / 粒子法 / 離散要素法 / 粗視化 / 粉末金型充填 / 固体-流体連成問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度、申請者のグループで開発したAdvanced DEM-CFD法（離散要素法（DEM）と数値流体力学（CFD）を連成した数値シミュレーション手法に、符号付距離関数と埋込境界法を壁境界モデルとして導入した数値シミュレーション手法）を用いて、連続式粉末金型充填体系において粉末充填量の最適運転条件を検討するための数値シミュレーションを実行した。数値シミュレーションには、移動壁と固体粒子の相互作用、移動壁と空気の相互作用および固体粒子と空気の相互作用をモデル化した。数値シミュレーション結果が定性的に正しいことを確認した。このことから、符号付距離関数と埋込境界法を結合した壁モデルが連続式粉末金型充填に応用できることが示された。また、楕円関数に基づく非球形粒子モデルを導入して、数値シミュレーションにより粒子形状が粉末金型充填における充填率に及ぼす影響を評価した。固体粒子の粒子体積が同じであっても、粒子形状（球形粒子と非球形粒子）の違いにより、充填率が異なることを示した。現在、感度解析を実行している最中である。
上記の研究のほかに、申請者のグループが開発した計算手法（DEM粗視化モデルを導入したAdvanced DEM-CFD法）を複雑形状の空間領域内の大規模固気混相流体系（円管を挿入した流動層および粉箱が静止した粉末金型充填）に応用した（なお、共同研究者と議論して体系を選定した）。数値シミュレーションと実験を同一条件の下で実行して、両者の固気混相流のマクロ挙動の一致を確認した。このことから、本手法により妥当な結果が得られることが示された。本研究成果の有用性および独創性が認められ、国際学術論文に掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
基本的に計画通り進んでいる。申請者のグループで開発した計算手法により、目標としている連続式粉末金型充填および非球形粒子の金型充填のシミュレーションを実行できたので、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、連続式粉末金型充填および非球形粒子の金型充填のシミュレーションを実行する。いくつかのパラメータに注目した感度評価を行い、実験では得られないような付加価値の高い計算結果を整理して、考察を行い、研究成果をまとめていきたい。
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