2019 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 | 粉体シミュレーション / 離散要素法 / 数値流体力学 / 粉末金型充填 / 固体-流体連成問題 / 粉体 / 単位操作 |
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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Integrated 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組み合わせた壁境界モデルおよびDEM粗視化モデルを導入)が、産業用粉末金型充填体系に応用できることを示した。具体的には、粉末金型充填においてオリジナル粒子体系と粗視化粒子体系が一致することを数値実験により示した。粉箱（壁境界）が移動する体系において、固体粒子を模擬するばかりでなく、空気の流れも模擬した。本研究を通して、Integrated DEM-CFD法が粉末金型充填に応用できることが示された。本研究成果の有用性および独創性が認められ、論文が国際学術雑誌に掲載された。
楕円関数に基づく非球形粒子モデルを導入したDEM-CFD法を開発し、非球形粒子を使用してもCFD格子における体積分率を精度良く見積ることができるようになった。これにより、非球形粒子を用いたDEM-CFDシミュレーションにおいて、固体粒子-流体間相互作用力の計算精度も向上した。本手法は、符号付距離関数と埋込境界法を組み合わせた壁境界モデルにも応用することができるため、今後、粉末金型充填に応用する予定である。
上記の研究のほかに、申請者のグループが開発したAdvanced DEM-CFD法（符号付距離関数と埋込境界法を組み合わせた壁境界モデルを導入したDEM-CFD法）にDual Grid Modelを導入して、薄板（もしくは狭い隙間）を有する固体-流体連成問題を計算する手法を開発した。数値シミュレーションと実験結果との一致により、本手法が妥当であることを示した。本研究成果の有用性および独創性が認められ、論文が国際学術雑誌に掲載された。
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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Integrated DEM-CFD法、Refined Grid Modelおよび非球形モデルを用いたDEM-CFD法により、連続式粉末金型充填および非球形粒子を対象とした粉末金型充填の体系を実行するための研究開発を進めることができた。研究成果も出ている。従って、「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を対象とした粉末金型充填が係わる体系において、シミュレーションの実行および物理モデルの開発を行う。申請者のグループで独自開発した計算手法を用いて感度評価を行う。実験では得ることのできない付加価値の高い計算結果を用いて、粉末金型充填体系において固体-流体相互作用が係わる複雑な物理現象の考察を行い、研究成果をまとめていきたい。
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