| 研究領域 | 超温度場材料創成学：巨大ポテンシャル勾配による原子配列制御が拓くネオ３Ｄプリント |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05282
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
金属合金の付加製造（3Dプリンタ）では，最終的に作成される製品を構成する微細な材料組織の制御が極めて重要である．この材料組織をコンピュータシミュレーションによって予測する技術を開発する．手法としてはフェーズフィールド法を用い，グラフィックボード複数並列した大規模シミュレーションを可能とする．これによって付加製造の組織予測技術を世界最高水準に押し上げ，デジタルツイン構築に貢献する．
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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