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

通过低维元胞自动机方法进行淬火模拟，包括制造变化

• 批准号: 21K14061
• 负责人: 杉本 剛
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Asahikawa National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14061/
• 关键词: 焼入れ; セルオートマトン; 沸騰流; ばらつき

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．

The purpose of this study is to develop a method for high-scale integrated computing, which is called "low-dimensional low-load computing." Low load calculations include "complexity"(~ instability) and "stability"(~ instability). The application of this industry, heat treatment engineering problems, such as temperature, quality, seed cooling, heat transfer device instability, etc. MBD(development) on the selection of the problem. This study was carried out in the first year and in the second year. Under certain conditions, the burn-in cooling is calculated and confirmed. For comparison, the repeatability of vapor film (instability during processing) is necessary for the reproduction of vibration phenomenon. The equation of the ratio of the vapor film vibration is established. The phenomenon of vapor film collapse is reproduced well. The heat treatment quality of the heat treatment is calculated by calculating the internal distribution of the heat treatment rate of the components in the heat treatment process. The heat treatment shape prediction results are reproduced well, and the method is used to confirm the heat treatment quality, shape and prediction. The heat of the initial stage of burning is generated, and the heat of the heat treatment is generated after burning. The above is a low-dimensional analysis of the heat treatment phenomenon.

项目成果

Complexity Simulation for Vapor Film Collapse

汽膜破裂的复杂性模拟

Quenching of long bar with keyway

带键槽长棒材淬火

Visualization of vapor film collapse mode during unsteady boiling on oil quenching by using cellular automaton simulation

使用元胞自动机模拟可视化油淬非稳态沸腾过程中的汽膜崩溃模式

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of 27th International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering
• 作者: 南澤健太;尾木孝之;吉村敏彦;井尻政孝;菊池将一;加藤 文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一，松岡俊汰，佐藤一教;井尻政孝;加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;松岡俊汰，南澤健太，加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;Tsuyoshi Sugimoto;Tsuyoshi Sugimoto
• 通讯作者: Tsuyoshi Sugimoto

Vapor film collapse mode estimation tool QCCA

汽膜塌陷模式估算工具QCCA

Visualization of Vapor Film Collapse Behavior with Complexity on Quenching Process by Cellular Automaton

通过元胞自动机可视化淬火过程中复杂的汽膜塌陷行为

• DOI: 10.17265/2159-5275/2023.01.002
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Mechanics Engineering and Automation
• 作者: 南澤健太;尾木孝之;吉村敏彦;井尻政孝;菊池将一;加藤 文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一，松岡俊汰，佐藤一教;井尻政孝;加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;松岡俊汰，南澤健太，加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;Tsuyoshi Sugimoto
• 通讯作者: Tsuyoshi Sugimoto