| 研究課題/領域番号 |
17KK0110
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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), 教授 (00391342)
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| 研究期間 (年度) |
2018 – 2023
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| キーワード | デジタルツイン / サイバーフィジカルシステム / 粉末金型充填 / 成形加工 / 粉体 / 固体-流体連成シミュレーション / 固気二相流 / 離散要素法 |
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| 研究実績の概要 |
2022年度も、産業における粉末金型充填の数値シミュレーションを実行するための要素技術の開発に資する研究に取り組んだ。産業の粉末金型充填では、移動する壁境界において固体粒子が空気の流れの影響を受けながら流動する。さらに、産業の粉末金型充填では、莫大な数の固体粒子を模擬する必要がある。また、粉末金型充填の評価において、充填前後の粉体の混合状態の変化も把握する必要がある。本研究では、固体粒子をDiscrete Element Method（DEM）で模擬し、DEMとComputational Fluid Dynamics（CFD）を連成した固気二相流の数値シミュレーションを使用した。粉末金型充填のシミュレーションを実行するために、DEM-CFD法に、研究代表者のグループで独自開発した計算モデルである、DEM粗視化モデルならびにImmersed Boundary MethodとSigned Distance Functionを結合した壁境界モデルを導入した。本年度、上記の要素モデルの妥当性確認に資する研究を行った。さらに、粉末金型充填で要求される要素技術と共通なものが多く含まれる体系のコンテナブレンダーにおいて物理現象の考察を行った。コンテナブレンダーにおいて、粒子径が小さくなると、固体粒子の挙動が領域内部に生じる空気の流れの影響を受けやすくなり、これが粉体混合効率に寄与することが示された。研究論文を発表するばかりでなく、当該分野に関連する研究をまとめた解説論文を執筆した他、招待講演においてこれまでの研究成果のまとめに関する発信も行った。なお、2022年度もコロナ禍により外国機関と直接交流する機会が乏しかったため、不定期にオンライン会議などを開催して研究交流を進めた。
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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
研究者代表者のグループで開発したFlexible Euler-Lagrange method with an implicit algorithm（FELMI）コードを用いて、粉体金型充填シミュレーションを実行するための要素技術を開発し妥当性確認などを行い、実際の粉体プロセスへの応用を図った。研究成果は、学術雑誌の論文として出版されたり、国内外の学会において招待講演を行ったりしていることから、国際的に認められていると認識している。これらのことから、進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、実産業の粉末金型充填のシミュレーションに資する技術の開発に向けて、DEM粗視化モデル、非球形粒子モデル、数値計算安定化手法などを駆使して最先端技術の開発を行うとともに、計算モデルの妥当性確認も行う。直近数年間はコロナ禍により外国機関と対面で交流することは難しかったが、2023年度からは直接交流する機会が持てると思うため、これまでの研究成果の集大成となる技術開発を進めたい。
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