湿潤粉粒体モデリングを用いた粒度分布適正化による生砂型の高強度化

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K06816
• Research Institution: Daido University
• Principal Investigator: 前田 安郭 大同大学, 工学部, 教授 (10240813)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 生型砂 / 粒度分布 / コンパクタビリティ / 個別要素法 / 鋳型強度

Outline of Annual Research Achievements

粒度分布に着目して高強度な生砂型を得るための粒度分布について検討を行った。本年度は、生型砂造型に対して骨材と被覆している粘着層をHard-Core/Soft-Shellで表現する湿潤粉粒体モデリングと、個別要素法(DEM : Discrete Element Method)を用いて、従来の文献結果に対してシミュレーションを実施した。骨材をセラビーズ３種と硅砂という異なる粒度分布をもつ生型砂に対してシミュレーションを実施したところ、粒度分布の違いが充填性へ及ぼす影響が現れることを確認できた。同時に、従来の基本プログラムにおいて、壁面との接触力を算出する部分や、充填性状としての空隙率を算出する部分でバグが見つかり修正した。またポストプロセッサとして、フリーソフトParaViewを検討するとともに、パッケージソフトのポストプロセッサの活用も検討した。さらに、高速演算のためのGPGPUへの展開及び並列化について検討した。
また、粒度分布と粘着剤が砂層圧縮メカニズムに及ぼす影響をCooper-Eaton式を用いて分離するための実験装置を整備した。混練機や生型砂特性試験機は既設ものを用いる。加えて既設のCB(コンパクタビリティ)テスターにデジタル計測機器を取り付ける改良を行った。当初、仕様と異なる機器が納品されて手間取ったが、年度末までに納品された。測定用の圧力センサやデータロガーは購入済みで、粒度分布の異なる供試砂も購入済みで。ゆえに早期に全体を組み立てて、予備実験に取り掛かり、問題なければ本実験を開始する予定である。
なお、本年度の成果は、９月開催の国際会議で報告予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

湿潤粉粒体モデリングと個別要素法によるシミュレーションでは、従来の基本プログラムのバグを修正するなど、ほぼ計画通りに進行している。適用した文献データの粒度分布に対するシミュレーション結果が、従来結果とは少し違っており考察内容の検討を行っている。
実験装置に関しては、当初納入された機器が仕様を満足するものではなく、数度の打合せと修正を行い、年度末に何とか納入された。ゆえに時間的に試行する時間がなかった。他の圧力センサや測定機器等は納入済みで、組み立てと試行を早期に実施する予定である。
以上、全体としてはほぼ順調である。

Strategy for Future Research Activity

製作した実験装置を用いて、粒度分布の異なる各種生型砂に対してスクイズ造型圧縮実験を実測予定であり、その実験結果とシミュレーション結果を比較しつつ、湿潤粉粒体モデリングと造型シミュレーションアルゴリズムの修正を実施する予定である。
また、今後のシステムサンドへの展開を踏まえ、(公社)日本鋳造工学会の生型研究部会(研究テーマ「砂管理技術の再構築Ⅱ」)に協力依頼しており、実ライン砂での実験解析をトライする予定である。

Causes of Carryover

物品、消耗品の購入価格が当初計画と少し違っていたために次年度使用額が生じたが、基本的は計画通りである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用となった分は、成果発表の旅費、または硅砂等の消耗品購入にあてる予定である。