2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-performance phase-field computational method for AM microstructure control
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient |
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| Project/Area Number |
22H05282
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | フェーズフィールド法 / 高性能計算 / 材料組織 / 積層造形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
付加製造におけるデジタルツイン構築に向けて，材料組織を高精度に予測可能な数値計算法の構築が急務である．本研究では，粉末床溶融結合方式を対象とし，結晶粒スケールの組織予測法の開発を二つの時空間スケールから行った．一つは，溶融池内の流動と温度をできる限り詳細に解き，それらに影響を受ける材料組織を高精度に予測する手法．もう一つは，できる限り簡便な計算で複数層・複数トラックのビーム走査における組織予測を可能とし，最終的には様々なスキャンストラテジーに対応する手法である．
前者においては，多結晶凝固multi-phase-field (MPF)モデルと混相流MPFモデルにNavier-Stokes方程式を連成させ，PF法のみで全界面を表現するモデルを構築し2次元計算を可能とした．2種類のMPF計算においては，各ステップの計算後にPFプロファイルを変換する手法を導入した．また，3次元計算を可能とするために，格子ボルツマン法による液相流動を表現するモデル化に着手した．
後者においては，温度の時空間発展を移動点熱源の理論式で表現し，多結晶凝固MPFモデルに導入した．また，複数GPU並列計算による高性能計算を可能とした．これによって複数層・複数トラックのビーム走査を可能としたが，それでも計算コストは高い．そこで，計算対象領域を溶融池近傍に限定する計算高速化法を導入し，複数のスキャンストラテジーへの対応を可能とした．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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