湿潤粉粒体モデリングによる生型造型プロセスの挙動解析と造型性状の予測

本年度は、圧縮空気を利用する造型において併用で、また単独でも用いられるスクィーズ造型法を対象として、骨材(珪砂)のまわりを膨潤したベントナイト層が被覆する実際の現象を忠実にモデル化したハードコア・ソフトシェル要素を用いて、離散要素法(Distinct Element Method)により、生型造型プロセスの挙動解析と造型性状の予測を試みた。(1)DEMによる湿潤粉粒体のモデリングでは、ハードコア・ソフトシェル要素を構成するバネーダッシュポット、及び粘着力に対して、パラメータ同定モデルを提案した。(2)モデリング手法の一般化のため、各種の生型砂、すなわち、骨材として珪砂及び人工セラミックス砂、混練状態としてCB値を変化させた生型砂に対して、その特性を考慮できるパラメータ同定方法に発展させた。(3)構築した湿潤粉粒体モデリングを用いて、スクィーズ造型の3次元数値シミュレーションを実地し結果、生型砂のマクロ的充てん挙動の一致が確認できた。(4)スクィーズ造型における充てん機構の変化、すなわち粒子再配列機構、ベントナイト粒着層の変形機構の2段階充てん機構を実験、数値シミュレーションから明らかにした。また、充てん性状としての充てん密度、空隙率もほぼ一致した。以上、本研究で構築した湿潤粉粒体モデリング及び数値シミュレーション方法は、プロセスの挙動解析と造型性状の予測を行うことができるとともに、生型砂造型でニアネットシェイプを実現するための有用な指針を得ることができると考えられる。

本年度は、圧縮空気を利用する造型において併用で、また単独でも用いられるスクィーズ造型法を対象として、骨材(珪砂)のまわりを膨潤したベントナイト層が被覆する実際の現象を忠実にモデル化したハードコア・ソフトシェル要素を用いて、離散要素法(Distinct Element Method)により、生型造型プロセスの挙動解析と造型性状の予測を試みた。(1)DEMによる湿潤粉粒体のモデリングでは、ハードコア・ソフトシェル要素を構成するバネーダッシュポット、及び粘着力に対して、パラメータ同定モデルを提案した。(2)モデリング手法の一般化のため、各種の生型砂、すなわち、骨材として珪砂及び人工セラミックス砂、混練状態としてCB値を変化させた生型砂に対して、その特性を考慮できるパラメータ同定方法に発展させた。(3)構築した湿潤粉粒体モデリングを用いて、スクィーズ造型の3次元数値シミュレーションを実地し結果、生型砂のマクロ的充てん挙動の一致が確認できた。(4)スクィーズ造型における充てん機構の変化、すなわち粒子再配列機構、ベントナイト粒着層の変形機構の2段階充てん機構を実験、数値シミュレーションから明らかにした。また、充てん性状としての充てん密度、空隙率もほぼ一致した。以上、本研究で構築した湿潤粉粒体モデリング及び数値シミュレーション方法は、プロセスの挙動解析と造型性状の予測を行うことができるとともに、生型砂造型でニアネットシェイプを実現するための有用な指針を得ることができると考えられる。