| 研究課題/領域番号 |
20K04220
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
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| 研究機関 | 熊本高等専門学校 |
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研究代表者 |
井山 裕文 熊本高等専門学校, 拠点化プロジェクト系グローバルリーダーシップ育成グループ, 教授 (40300660)
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| 研究分担者 |
比嘉 吉一 沖縄工業高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (20335368)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 紙材の衝撃特性評価 / 状態式パラメーター / 構成式パラメーター / 数値シミュレーション / 応力-ひずみ線図 / 紙材の変形評価 / 衝撃パラメーター算出 / 圧力測定 / 引張試験 / 積層紙型の評価 / 紙型 / 水中衝撃波 / 水中細線放電 / 衝撃特性評価 / 衝撃波速度 / 解析モデル / 衝撃成形法 / 紙 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属板の衝撃成形法では、衝撃波により金属板が高速変形を伴い型に衝突することで十分な塑性変形がなされ、静的プレス成形と比較して型形状の転写性に優れている。ここで特徴的なのは金属製の型ではなく、紙を型材料としても十分な塑性変形を金属板に与えることができ、型材としてもコスト削減、工程削減、型の製作時間削減などのアドバンテージも考えられる。
本研究では紙の衝撃特性を明らかにし、紙の性質を十分に活用できるような手法の提案と紙型を利用した金属成形技術の確立を目的として、数値シミュレーションの活用と実験検証による調査を行う。
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| 研究実績の概要 |
紙の衝撃特性評価において、紙型の材料となるコート紙において、爆薬、高速度ビデオカメラを用いた衝撃波透過試験を実施し、その衝撃特性の評価を実施し、数値シミュレーションの状態方程式パラメーターの算出を行った。また、併せて紙材の機械特性を評価するために、試験片をコート紙として静的な引張試験を実施し、応力-ひずみ線図を求めた。ここで、数値シミュレーションの紙材の挙動評価のために静的な引張試験から求められたパラメーターを用いることとなった。一方、数値シミュレーションにおいては記の紙材の特性評価から得られた数値シミュレーションのための状態式、構成式の数値パラメーターを用いて、解析モデルを作成した。従来、本課題で利用していたCAEシステムの更新に伴い、解析手法においては新たな動的解析のためのＣＡＥシステムを用いることとなった。そのチュートリアルから学習し、基本的なシミュレーション問題を解くことが可能となった。ここで水中衝撃波については、ＣＡＥシステムでは水中放電現象を表現できないので、圧力計算のための状態式およびそのパラメーターが明らかとなっている爆薬の爆発による水中衝撃波を発生させることとした。これらの成果と実験結果とを比較することで、紙材の変形特性を明らかにする取り組みを行った。これらの行程を年間計画に沿って進め、数値シミュレーションの手法の確立を目指す準備が整理された。実験では、積層された紙を型として金属成形実験を行っているので、その積層紙型の変形特性を評価することも必要であり、それらの衝撃特性を評価するパラメーターも算出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題において、明らかになっているのは、紙材の変形評価、紙型を用いた際の成形板の変形評価、紙材の衝撃特性評価と衝撃パラメーターの算出、 紙材の応力・ひずみ線図による機械的性質の評価、数値解析法の確立、 解析モデル の作成である。最終年度では、実験条件と同様の状態を数値シュレーションで解析し、紙型の変形特性を明らかにするため実験結果と照合させ、変形特性を理論的に解明する。また、それらの内容を公表する。研究期間を延長しているが、これらの研究行程を行うことで、本研究課題の達成となるためおおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
紙型の上に金属板を配置し、それに水中衝撃波が作用する際の、上方の変形を数値シミュレーションにより解析し、その結果と同様の実験結果とを比較して、紙型の変形特性を理論的に説明づける。また、それらの成果を学会発表、論文発表にて公表する。
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