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高精度金型設計のための革新的粉体成形シミュレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H02825
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 計算科学
研究機関東京大学

研究代表者

酒井 幹夫  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00391342)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2017年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
キーワード離散要素法 / 粉体工学 / 粉体 / 粉末金型充填 / シミュレーション / 数値流体力学 / DEM-CFD / 粉体シミュレーション / DEM / 固体-流体連成問題 / 計算力学 / 粒子法 / 粗視化 / 計算科学 / DEM粗視化モデル
研究成果の概要

申請者のグループで独自開発した、DEM粗視化モデルおよび符号付距離関数と埋込境界法を結合した壁境界モデル(薄板モデルを含む)が、粉末金型充填をはじめとする固気混相流体系に応用できることを理論的および実験的に示す。また、離散要素法で模擬した粉体の空間分布を反映した粉末圧縮シミュレーションを行うための計算手法を新たに開発する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金型を用いた粉体成形プロセスを経て製造される製品は、数え上げたら枚挙に暇がない。今日の粉体成形技術(金型設計から運転条件検討まで)は、職人の経験に支えられている。技術伝承を円滑に進めるため、コンピュータシミュレーションの粉体成形技術への応用が期待されている。本研究では、試作品を製作しなくても高精度な金型設計が可能となる革新的なシミュレータを開発する。本研究成果は、粉末金型充填の運転条件の最適化や粉末成形の歩留まりの向上に役立てられる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 12件、 招待講演 10件)

  • [雑誌論文] Recent Progress on Mesh-free Particle Methods for Simulations of Multi-phase Flows: A Review2020

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio、Mori Yuki、Sun Xiaosong、Takabatake Kazuya
    • 雑誌名

      KONA Powder and Particle Journal

      巻: 37 号: 0 ページ: 132-144

    • DOI

      10.14356/kona.2020017

    • NAID

      130007803893

    • ISSN
      0288-4534, 2187-5537
    • 年月日
      2020-01-10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flexible discretization technique for DEM-CFD simulations including thin walls2020

    • 著者名/発表者名
      Takabatake Kazuya、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: in press 号: 5 ページ: 1825-1837

    • DOI

      10.1016/j.apt.2020.02.017

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coarse graining DEM simulations of a powder die-filling system2020

    • 著者名/発表者名
      Widartiningsih Putri Mustika、Mori Yuki、Takabatake Kazuya、Wu Chuan-Yu、Yokoi Kensuke、Yamaguchi Akira、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Powder Technology

      巻: in press ページ: 83-95

    • DOI

      10.1016/j.powtec.2020.05.063

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 固体-流体連成シミュレーション: マクロスケール・ミクロスケール体系の計算手法2018

    • 著者名/発表者名
      酒井幹夫
    • 雑誌名

      エアロゾル研究

      巻: 33 号: 3 ページ: 162-167

    • DOI

      10.11203/jar.33.162

    • NAID

      130007495854

    • ISSN
      0912-2834, 1881-543X
    • 年月日
      2018-09-20
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 事例から学ぶ粉体シミュレーションの活用術2018

    • 著者名/発表者名
      酒井幹夫
    • 雑誌名

      混相流

      巻: 32 号: 3 ページ: 314-320

    • DOI

      10.3811/jjmf.2018.T005

    • NAID

      130007495534

    • ISSN
      0914-2843, 1881-5790
    • 年月日
      2018-09-15
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical investigation on the influence of air flow in a die filling process2018

    • 著者名/発表者名
      H. Yao, Y. Mori, K. Takabatake, X. Sun, M. Sakai
    • 雑誌名

      J. Taiwan Inst. Chem. Eng.

      巻: 印刷中 ページ: 9-17

    • DOI

      10.1016/j.jtice.2017.11.031

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] On signed distance function based wall boundary model in the DEM simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      Third International Conference on Powder, Granule and Bulk Solids: Innovations and Applications (PGBSIA 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DEM-CFD simulation for powder filling in a multi cavity die2020

    • 著者名/発表者名
      R. Yokoyama, M. Sakai
    • 学会等名
      Powder, Granule and Bulk Solids: Innovations and Applications 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] State-of-the-art modeling for DEM simulations toward virtual manufacturing2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      Asian Pacific Congress on Computational Mechanics 2019 (APCOM 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent progress on industrial DEM simulations: challenges and opportunities2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      International Powder and Nanotechnology Forum 2019, INCHEM TOKYO 2019,
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Innovative granular flow modeling for industrial systems2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and applications of the discrete element method for food and pharmaceutical industries2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      The 2nd International Conference and Exhibition on Powder Technology Indonesia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and application of innovative discrete element modelling for industrial systems2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      7th UK-China International Particle Technology Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DEM simulations for pharmaceutical engineering2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      8th International Conference on Discrete Element Methods
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and Application of Flexible Eurelian-Lagrangian Method for Industrial Gas-Solid Flow Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio
    • 学会等名
      Fluidization XVI
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical study on the DEM-CFD method for die-filling2019

    • 著者名/発表者名
      W. Putri, 高畑和弥, 森勇稀, 酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会横浜大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 狭間隙流路における固体‐流体連成シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      高畑和弥, 酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会 第84年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Key technologies for industrial granular flow simulations2018

    • 著者名/発表者名
      M. Sakai
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Computational Particle Technology & 13th International Conference on CFD 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大規模固気混相流シミュレーョンのため計算安定化手法開発2018

    • 著者名/発表者名
      森勇稀, 酒井幹夫
    • 学会等名
      粉体工学会 第53回技術討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 粉体・混相流シミュレーションの進展2018

    • 著者名/発表者名
      酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会 第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Verification of coarse-grained DEM-CFD simulations in die filling process2018

    • 著者名/発表者名
      H. Yao, 酒井幹夫
    • 学会等名
      粉体工学会 第53回技術討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Application of the DEM-CFD method to a die filling process2018

    • 著者名/発表者名
      Yuaqin Yao, Mikio Sakai
    • 学会等名
      化学工学会 第83年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Application of the DEM-CFD method on die filling for fine particles2018

    • 著者名/発表者名
      Yuaqin Yao, Mikio Sakai
    • 学会等名
      The 6th International Conference on the Characterization and Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Study on a Gas-Solid Flow in an Arbitrary Shape Boundary Including Thin Plates2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      2018 AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational modeling for industrial die filling processes2017

    • 著者名/発表者名
      Yuaqin Yao, Mikio Sakai
    • 学会等名
      化学工学会 第49回秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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