| 研究課題/領域番号 |
19K14845
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
村松 眞由 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20609036)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | SOFC / FEM / MD / 固体酸化物燃料電池 / 強弾性 / Phase-field / ミクロ・メゾダイナミクス / 構成モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，新たにミクロ-メゾ構成モデル相互連成手法を開発する．得られた構成モデルを熱・電気化学-力学SOFC解析技術へと導入する．その際，ミクロ-メゾ連成相互作用に基づいて強弾性現象を調査し，応力-ひずみ関係における非線形性の発現機構を明らかにする．さらに，SOFCシミュレータによる数値解析と実機SOFCによる実験から数値解析の検証を行うとともに長寿命SOFCの設計指針を提案する．
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| 研究成果の概要 |
固体酸化物燃料電池(SOFC)の空気極となるランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)の微視組織の発展を考慮し，SOFCにおける強弾性現象を表現可能な数理モデルを開発するために，分子動力学解析を採用して解析手法・モデルを構築するとともに数値解析を実施した．
ペロブスカイト構造LSCFの変形過程では，帯状組織発達の際に立方晶から菱面体晶への変化に伴う激しい原子の拡散と反応が起こり，原子の挙動と帯状組織の発達それぞれが強弾性における応力の非線形性を誘起していると考えられる．
本研究では，この問題に対して，分子動力学-力学現要素解析を実行した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，弾性エネルギーを考慮したエネルギー汎関数からフェーズフィールドモデルを導出した．強弾性モデルに基づき単結晶の強弾性解析を行いラメラ構造やヘリンボーン構造など観察される構造が数値解析的にも得られることがわかった．さらに分子動力学シミュレーションを実施し，フェーズフィールドモデルに適応する手法を開発した．また，有限要素解析より分子動力学シミュレーションのモデルに強制変位を与える手法も開発した．得られた分子動力学-有限要素連成シミュレーションの結果積分点毎に分子モデルに異なる変形を与え，一度に一つの要素が受ける変形に関して複数の変形のテストケースを試すことが可能となった．
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