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2010 年度 実績報告書

結晶性高分子材の組織形成予測・力学特性評価シームレスモデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 21656034
研究機関福井工業大学

研究代表者

冨田 佳宏  福井工業大学, 工学部, 教授 (10031147)

研究分担者 屋代 如月  神戸大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50311775)
高木 知弘  京都工芸繊維大学, 大学院・工芸科学研究科, 准教授 (50294260)
内田 真  岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (90432624)
山中 晃徳  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (50542198)
キーワード結晶性高分子材 / 形態形成 / 力学的特性評価 / シームレスモデル / 有限要素法 / 均質化法 / 分子鎖網目理論 / 非延伸結晶理論
研究概要

結晶性高分子材料の組織形成と対応する力学的特性評価を目指し実施して得られた研究成果を示す。
1. 結晶化による温度,応力の変化の影響を導入したフェーズフィールド法による3D球晶形成予測:溶融状態から結晶性高分子材の創生をフェーズフィールド法を援用してモデル化し,シミュレーションによって評価するために,フェーズフィールドの発展方程式と熱力学的場の支配方程式を導出.それぞれの方程式の,時空変数の差分と有限要素による離散化とその効率的な解析手法を提示した.
2. フェーズフィールド法によって得られた多結晶組織の力学モデルの構築:結晶性高分子材は多数の球晶の集合であり,それぞれの球晶は結晶相と非晶相からなる複雑な形態を呈する.代表体積要素内の不均一な組織と変形を表すレベル,球晶内の不均一な組織と変形を表すレベル,球晶を構成する非晶相と結晶相の組織と変形を表すレベルの3階層均質化法を,通常のマクロに不均一変形する微視組織を有する材料に対する均質化法と同様な手法を援用した3スケール評価法を新たに提案した.
3. 提案したモデルの妥当性の検証:多結晶組織評価と力学特性評価手法の統合により構築した上記結晶性高分子材の組織・力学特性評価モデルの妥当性を検証するために,一連のシミュレーションを行い,得られた結果と既存の実験結果を詳細に比較検討することにより,モデルの問題点ならびに修正箇所を抽出し,高精度化の可能性を検討した.
4. 結晶性高分子材の強度評価シミュレーション:結晶性高分子材の組織・力学特性評価モデルを用いたシミュレーションにより,複相化した結晶性高分子材の特性を評価し,高強度をもたらす複相材の形態創生に関する基礎資料を提供するとともに既存の実験結果と比較検討することにより得られた結果の妥当性を検証した.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (4件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Static recrystallization simulations starting from predicted deformation microstructure by coupling multi-phase-field method and finite element method based on crystal plasticity2010

    • 著者名/発表者名
      T.Takaki
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 320-328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of temperature and grain size on phase-field-crystal deformation simulation2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hirouchi
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 309-319

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elastoplastic phase-field simulation of martensitic transformation with plastic deformation in polycrystal2010

    • 著者名/発表者名
      Akinori Yamanaka
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 245-250

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of polyethylene under cyclic loading : Effect of loading condition and chain length2010

    • 著者名/発表者名
      Kisaragi Yashiro
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 136-145

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational Evaluation of Elasto-Viscoplastic Deformation and Strength of Rubber Blended Semi-crystalline Polymer2010

    • 著者名/発表者名
      M.Uchida
    • 雑誌名

      International Journal of Damage Mechanics

      巻: 19 ページ: 361-374

    • 査読あり
  • [雑誌論文] GPU-accelerated phase-field simulation of dendritic solidification in a binary alloy2010

    • 著者名/発表者名
      A.Yamanaka
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 318 ページ: 40-45

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Effect of Structure Orientation on the Growth of Fe2B Boride by Multi-Phase-Field Simulation2010

    • 著者名/発表者名
      Raden Dadan Ramdan
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 51 ページ: 62-67

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Niアモルファス中における安定性スイッチングの局所格子不安定性解2010

    • 著者名/発表者名
      西村正臣
    • 雑誌名

      材料

      巻: 59 ページ: 631-636

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 結晶塑性Phase-Fieldモデルの構築と塑性変形を伴う微視組織形成過程のシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      山中晃徳
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編 平成22年度日本機械学会論文賞受賞論文

      巻: 75 ページ: 1794-1803

    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanical Response of Silica Filled Rubber2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Tomita
    • 学会等名
      Plasticity'11
    • 発表場所
      Puerto Vallarta(基調講演)
    • 年月日
      20110103-20110108
  • [学会発表] Deformation Behavior of Silica-Filled Rubber under Monotonic and Cyclic Straining2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Tomita
    • 学会等名
      Proc.AEPA2010
    • 発表場所
      Wuhan, China(招待講演)
    • 年月日
      20101115-20101117
  • [学会発表] Multi-phase-field simulation of columnar dendritic structure in forced flow2010

    • 著者名/発表者名
      T.Takaki
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Crystal Growth
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20100808-20100813
  • [学会発表] GPU-accelerated Multi-Phase-Simulation of Microstructure Evolution during Phase Transformation in Alloys2010

    • 著者名/発表者名
      A.Yamanaka
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Crystal Growth
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20100808-20100813
  • [図書] 連載講座 高分子材料の力学特性評価と高機能化(1)-(10)2010

    • 著者名/発表者名
      冨田佳宏
    • 総ページ数
      70
    • 出版者
      養賢堂
  • [図書] 連載講座 フェーズフィールド法の基礎と応用(10)-(21)2010

    • 著者名/発表者名
      高木知弘
    • 総ページ数
      96
    • 出版者
      養賢堂

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公開日: 2012-07-19   更新日: 2014-06-10  

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