2020 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 – 2021
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| Keywords | 離散要素法 / 数値流体力学 / 符号付距離関数 / 埋込境界法 / 粉体 / 非球形粒子モデル / 楕円粒子モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度、Discrete Element Method（以下、DEMと記す）とComputational Fluid Dunamics（以下、CFDと記す）を連成した数値シミュレーション手法のDEM-CFD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ナビエ-ストークス方程式の抗力項の陰解法アルゴリズムを融合したflexible Euler-Lagrange method with an implicit algorithm（FELMI）コードを開発した。既存計算手法から得られた結果および実験結果との一致により、FELMIを用いることにより固気混相流シミュレーションを精度良くかつ安定的に計算できることが示された。さらに、DEM-CFD法の数値シミュレーションにおいて、流体相のナビエ-ストークス方程式の抗力項の安定条件の導出に成功した（抗力項の安定条件が導出されていなかったため、既存のDEM-CFD法（抗力項を陽的に計算する場合）では試行錯誤で時間刻みを決定する必要があった）。また、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固気混相流に応用した際に、CFDにおけるポアソン方程式の計算において密度スケーリングモデルが極めて重要であることを示した。密度スケーリング則モデルを用いないと、オブジェクト内に不自然な流れが生じてしまうことを示した。これらの研究成果の有用性および独創性が認められ、２報の論文が国際学術雑誌に掲載された。これらの研究成果は、粉末金型充填シミュレーションを安定的に実行し、実現象の再現性がよい計算結果を得る上で極めて重要である。そのため、これらの手法を連続式粉末金型充填シミュレーションに導入した。
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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FELMI（DEM-CFD法に符号付距離関数と埋込境界法を結合した壁境界モデルおよびナビエ-ストークス方程式の抗力項の陰解法を導入した計算モデル）を用いて、連続式粉末金型充填シミュレーションを実行するための研究開発を進めることができた。研究成果は学術雑誌の論文として出版されている。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を対象とした計算モデル（DEM粗視化モデル、非球形粒子モデル、数値計算安定化手法、など）の開発を行う。本研究において開発した計算モデルの妥当性を検証する。粉末金型充填の数値シミュレーション手法を確立するとともに、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出力して現象解明も行っていきたい。本研究で行った研究成果を論文としてまとめていきたい。
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Research Products
(7 results)
