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本研究は、実験技術の限界を越える条件下での材料の変形・破壊挙動を原子レベルで解析できる分子動力学法を用いて、高速機械加工における加工速度が切りくず排出や仕上面創成などの加工現象に及ぼす影響を明らかにし、合わせて、原理的な限界速度および実用的な加工速度を明らかにしようとするものである。本年度の研究成果は次に示す通りである。
1.有限要素モデルの一部に原子モデルを埋め込み、その界面で変位および力を相互に伝達することにより、連続体と原子モデルを結合した複合境界モデルを開発し、従来の分子動力学解析では避けられなかった固定境界の影響をなくした解析が可能になった。
2.分子動力学モデルにおいて、工具と共に境界が並進させて、計算領域内に原子を次々に流入させ、領域外に出た原子を棄却することによって、計算時間をそう増加させないで定常切削状態での加工現象を解析できる手法を完成した。
3.これらの手法を用いて、銅の超高速微小切削の分子動力学解析を行った結果、工具の耐熱性が十分に有れば、200m/s付近に最適切削速度が存在し、物理的な限界切削速度は1800m/s付近、実用的な限界は1000m/s付近にあることを明らかにした。また、これらの限界は被削材の熱伝導特性に関係することも明らかにした。
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