Quenching simulation including manufacturing variations by the low-dimensional cellular automaton method

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本研究の目的は従来高規模に集積された計算機でしかシミュレーションができなかった非定常サブクール沸騰におけるの熱伝達の様子を，「低次元セルオートマトン法」により超低負荷で計算する手法を開発することである．低負荷の計算によりサブクール沸騰が内包する「複雑性」(～繰り返し不安定性)を繰り返し計算にて解けるようになる．これを産業的に活用すると，熱処理工程で問題になる繰り返し品質ばらつきや，種々冷却・熱輸送装置の不安定性等がMBD(モデルベース開発)上で取り扱えるようになる．本研究では初年度にセルオートマトンの構築を行い，2年目にその検証と，実部品形状への拡張を行った．セルオートマトンでシンプルな条件下で焼入冷却が正しく計算できていることが確認できた．実験との比較により，蒸気膜の複雑性(繰り返し処理時の不安定性)を精度良く再現する為には振動現象のマルコフ性を再現する必要がある事がわかった．マルコフ性を精密に再現する為，作成したセルオートマトンに，蒸気膜振動の波動方程式を実装することで実際の蒸気膜崩落現象を良く再現できることがわかった．再現された蒸気膜崩落現象を基にサブクール沸騰焼入れによる焼入れ熱伝達率の部品表面内分布を算出し，熱処理品質・変形シミュレーションを行った．熱処理変形予測結果は実体を良く再現し，本手法が熱処理品質・変形の繰り返しバラツキ予測に有意義な事が確認できた．また焼入初期に発生する熱変形が焼入完了時の熱処理変形に残留し熱処理後変形として表れていることが分かった．以上より低次元セルオートマトン法が実体を再現して実装できたことが確認でき，これにより実際の熱処理現象で起こる熱処理変形要因解析に用いる事ができるとわかった．