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2011 年度 実績報告書

低環境負荷・低コスト化を目指したポーラスアルミニウム創製とその耐圧縮能センシング

研究課題

研究課題/領域番号 22560705
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

宇都宮 登雄  芝浦工業大学, SIT総合研究所, 教授 (60176708)

研究分担者 半谷 禎彦  群馬大学, 工学研究科, 准教授 (80361385)
齋藤 敦史  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (30280994)
高戸谷 健  宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 主任研究員 (40344254)
キーワード構造・機能材料 / 環境材料
研究概要

本年度実施した【ポーラスアルミニウムのFSPを利用した作製法】では,昨年度に引き続き,各種アルミニウム合金を用いてポーラスアルミニウムを作製する際の適切なFSPおよび発泡条件の導出を行うとともに,圧縮試験に使用可能な大型・高品質なポーラスアルミニウムの作製に関する検討を行った.その結果,圧縮試験に使用可能な平均気孔径の10倍以上の大きさを有し,気孔率70~80%,平均気孔径1.5~3mm程度の高品質な試験体を作製することができた.また,ADC12を供試材とし,発泡剤を使用しない条件下で平均気孔径の小さく円形度の高い試験体の作製が可能となることが確認できた.
【薄膜センサの作製と発振回路法の高精度化】では,作製したひずみ測定用発振回路と汎用ひずみゲージを組み合わせて静的引張り試験によるひずみ計測試験を行った.センサ出力に内部抵抗の補正を行うことにより,汎用ひずみゲージを用いて通常のアンプを用いた計測と同程度の精度でひずみの計測が可能となった.薄膜センサに関しては,選定した二つの材料を用いてセンサを作製し,圧縮荷重下でのセンサの基本出力特性(荷重と静電容量変化の関係)を計測した.本薄膜センサをポーラスアルミニウムの圧縮試験に供することが可能となった.
【ポーラスアルミニウムの圧縮能評価試験】では,A1050とADC12の圧縮試験片を対象にX線CTで観察した後,静的圧縮荷重下の試験を,試験片の変形状態を逐次撮像しつつ実施した.また,本試験に対するイメージベース有限要素解析を行い,試験片内部の応力状態を解析した.その結果,ポーラスアルミニウムの圧縮荷重による局所的な圧潰状態の変化を視覚的に示すことができた.また,圧潰部に高い圧縮応力が発生した領域と対応していることが明確になった.

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

本研究で計画した以下の事項をほぼ達成できた.(1)70~80%の高気孔率・高品質で,圧縮試験に使用可能な大型のポーラスアルミニウムの作製が可能なFSPおよび発泡条件が設定できた.(2)測定精度を向上させた発振回路および薄膜センサを作製し,ボーラスアルミニウムの圧潰状況の検出に適用できるベースを構築できた.(3)X線CT撮像をともなう圧縮試験法を構築し,試験結果と撮像画像を用いたイメージベース有限要素解析結果をもとに,ポーラスアルミニウムの圧縮荷重による局所的な圧潰状態を明らかにすることができた.

今後の研究の推進方策

これまでの研究成果をもとに,50~85%程度までの広範囲の気孔率を有し,圧縮試験に使用可能な大型かつ高品質なポーラスアルミニウムの作製を行う.また,ポーラスアルミニウムの展開として複合材(サンドイッチ構造)化を試み,その作製条件に関する検討を行う.作製したポーラスアルミニウムを用いて,これまでに構築した方法にしたがってX線CTによる撮像をともなう圧縮試験を実施する.その結果と画像データをもとにしたイメージベース有限要素解析結果をもとに,局所変形層や圧潰部を事前に予測する方法の導出を試みる.さらに,開発・作製した薄膜センサを挟んだポーラスアルミニウムの圧縮試験を実施し,センサ出力による局所圧潰部の検出可能性について検討を試みる.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 摩擦攪拌法によるポーラスアルミニウム/緻密鋼板サンドイッチパネルの作製2011

    • 著者名/発表者名
      宇都宮登雄, 石井伸幸, 半谷禎彦, 小山真司, 長谷川誠, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編)

      巻: 77 ページ: 1013-1016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金型利用によるポーラスアルミニウム部材の作製2011

    • 著者名/発表者名
      宇都宮登雄, 塚田敦海, 半谷禎彦
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編)

      巻: 77 ページ: 1017-1020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] X線CT非破壊観察によるポーラスアルミニウムの圧縮過程における気孔圧潰挙動2011

    • 著者名/発表者名
      半谷禎彦, 山口亮, 高橋俊也, 宇都宮登雄, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編)

      巻: 77 ページ: 1025-1027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ADC12ポーラスアルミニウムの気孔分布に対するフラクタル次元による定量的評価2011

    • 著者名/発表者名
      半谷禎彦, 高橋和也, 加藤弘規, 宇都宮登雄, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 75 ページ: 465-467

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Amounts of Blowing Agent and Contained Gases on Porosity and Pore Structure of Porous Aluminum Fabricated from Aluminum Alloy Die Casting by Friction Stir Processing Route2011

    • 著者名/発表者名
      T.Utsunomiya, K.Takahashi, Y.Hangai, S.Kitahara
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: Vol.52 ページ: 1263-1268

    • 査読あり
  • [学会発表] 気孔率・気孔径により機能化したADC12ポーラスアルミニウムの創製と圧縮基本特性2011

    • 著者名/発表者名
      宇都宮登雄, 高橋和也, 加藤弘規, 半谷禎彦, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 学会等名
      日本鋳造工学会第159回全国講演大会
    • 発表場所
      島根県立産業交流会館(くにびきメッセ)
    • 年月日
      2011-10-16
  • [学会発表] 発振回路法を用いたひずみの測定と出力特性2011

    • 著者名/発表者名
      神田淳, 齋藤敦史, 宇都宮登雄
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第53回構造強度に関する講演会
    • 発表場所
      ジョイナス(秋田県民会館付属施設)
    • 年月日
      2011-07-28
  • [学会発表] ADC12ダイカストの内部ガスを利用したポーラスAlの圧縮挙動2011

    • 著者名/発表者名
      加藤弘規, 半谷禎彦, 高橋俊也, 宇都宮登雄, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 学会等名
      日本鋳造工学会第158回全国講演大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-05-28
  • [学会発表] ADC12ダイカストを用いた気孔制御による傾斜機能ポーラスアルミニウムの作製2011

    • 著者名/発表者名
      高橋和也, 半谷禎彦, 宇都宮登雄, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 学会等名
      日本鋳造工学会第158回全国講演大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-05-28
  • [学会発表] ADC12ダイカストを用いた高機能ポーラスアルミニウム創製の検討2011

    • 著者名/発表者名
      高橋和也, 半谷禎彦, 宇都宮登雄, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 学会等名
      軽金属学会第120回春期大会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2011-05-22
  • [学会発表] 摩擦攪拌接合を用いたADC12/A1050ポーラスアルミニウムの発泡条件2011

    • 著者名/発表者名
      宇都宮登雄, 大関雄一郎, 半谷禎彦, 桑水流理, 吉川暢宏
    • 学会等名
      軽金属学会第120回春期大会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2011-05-22
  • [学会発表] ADC12ダイカストを用いた発泡剤不使用ポーラスAlの作製とその圧縮特性2011

    • 著者名/発表者名
      加藤弘規, 半谷禎彦, 宇都宮登雄, 北原総一郎, 桑水流理, 吉川暢宏, 高橋俊也
    • 学会等名
      軽金属学会第120回春期大会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2011-05-22
  • [図書] マクロおよびナノポーラス金属の開発最前線(第1章4摩擦攪拌による発泡金属作製を担当)2011

    • 著者名/発表者名
      中島英雄監修;著者40名共著
    • 総ページ数
      281
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [産業財産権] 計測装置及び計測方法2011

    • 発明者名
      神田淳, 佐藤裕, 宇都宮登雄, 齋藤敦史
    • 権利者名
      (独)宇宙航空研究開発機構,芝浦工業大学
    • 産業財産権番号
      特願2011-162190
    • 出願年月日
      2011-07-25

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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