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2023 年度 実績報告書

微視的構造解析に立脚した粉体の弾塑性圧縮メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2617
配分区分基金
研究機関大阪公立大学

研究代表者

矢野 武尊  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワード粉体圧縮 / 数値解析 / 弾塑性変形 / 微視的構造解析 / 離散要素法 / 最短経路探索
研究実績の概要

粉体圧縮において,粒子特性が圧縮成形体の圧縮挙動に影響を及ぼすことが知られている.特に,粒子の塑性変形性が圧縮成形に及ぼす影響の寄与が大きいにもかかわらず,計算モデルの信頼性や計算負荷の観点から数値解析による微視的構造評価について体系的に検討されていないのが現状である.そこで,粉体の塑性変形性に着目して粉体圧縮シミュレーションを行い,粒子の塑性変形性が粉体圧縮中の粉体挙動に与える影響を検討した.
初年度は特に粉体のバルク的な特性に着目した解析を行ったため,最終年度は粉体層内部の粒子充填構造に着目し,微視的な最短経路の解析を試みた.A*アルゴリズムによる最短経路探索プログラムをpythonにより構築し,全固体電池用電極を想定した粉体層に適用することで粉体層の微視的なつながり(パーコレーション)を評価した.このとき,粒子間の塑性変形性パラメータは初年度の研究成果から独自に定義したパラメータを採用した.充填する粉体の粒子径分布を変化させたところ,粗大な粒子を経由した経路のほうが経路の屈曲度が小さく全固体電池用電極として高性能であることが示唆された.以上のことから,粉体の塑性変形性に着目した粉体圧縮計算を行うことにより,全固体電池用電極の評価への応用可能性が示された.
以上より,本研究は微視的な構造解析により粉体の弾塑性圧縮挙動を解析することで粉体の特性と緻密化現象の関係を明らかにした.サイズおよび塑性変形性の異なる粉体の混合粉体の圧縮挙動を数値解析および実験によって把握し,圧縮エネルギー,空隙率,接触面積,配位数,接触面積,パーコレーションを評価した.本成果は国内外の学会にて発表し,学術論文として公開された.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] iPAT, TU Braunschweig(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      iPAT, TU Braunschweig
  • [雑誌論文] A Method for the Tensile Strength Prediction of Tablets with Differing Powder Plasticities2024

    • 著者名/発表者名
      Yano Takeru、Oshiro Atsushi、Ohsaki Shuji、Nakamura Hideya、Watano Satoru
    • 雑誌名

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      巻: 72 ページ: 374~380

    • DOI

      10.1248/cpb.c24-00090

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 離散要素法による塑性変形性の異なる二成分混合粉体の圧縮特性評価2024

    • 著者名/発表者名
      矢野 武尊,大崎 修司,仲村 英也,綿野 哲
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 61 ページ: 144~153

    • DOI

      10.4164/sptj.61.144

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Compression properties of bimodal powders with different plasticities in the elastoplastic powder compression process: A numerical analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Yano Takeru、Ohsaki Shuji、Nakamura Hideya、Watano Satoru
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 34 ページ: 104245

    • DOI

      10.1016/j.apt.2023.104245

    • 査読あり
  • [学会発表] [依頼講演] 弾塑性を考慮した粉体圧縮プロセスの数値解析と全固体電池への応用2024

    • 著者名/発表者名
      矢野 武尊
    • 学会等名
      化学工学会第89年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical Analysis of the Packing Structures on Elasto- Plastic Compression Processes2023

    • 著者名/発表者名
      Takeru Yano, Shuji Ohsaki, Hideya Nakamura, Satoru Watano
    • 学会等名
      PARTEC2023(International forum for research and development in particle technology)
  • [学会発表] 硫化物系固体電解質の粒度分布が電極構造に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      矢野 武尊
    • 学会等名
      2023年度 粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
  • [学会発表] 硫化物系固体電解質の粒度分布がイオン・電子伝導度に及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      矢野 武尊,Moritz Hofer,大崎 修司,仲村 英也,綿野 哲,Peter Michalowski,Arno Kwade
    • 学会等名
      粉体工学会2023年度春期研究発表会

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公開日: 2024-12-25  

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