Elucidating mechanism of energy concentration using liquid-gas phase change and its practical application in the medical and dental engineering

利用液-气相变阐明能量集中机制及其在医学和牙科工程中的实际应用

• 批准号: 22KK0050
• 负责人: 祖山 均
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0050/
• 关键词: キャビテーション; サブクール沸騰; 縦渦状気泡; パルスレーザ; ３Dプリント材

1. 本研究では，液相⇒気相⇒液相の気液相変化現象において，気泡の圧潰時に生じる衝撃力が，従来研究されてきた「球状気泡」よりも「縦渦状気泡」のほうが強力であることを実験的に発見した事実に基づき，縦渦状気泡の圧潰に着目して研究を遂行している。European-XFELにおいてMHzオーダで気泡の圧潰現象を時間・空間的に解明するために，研究代表者がEuropean-XFELに直接出向いて可視化実験の予備試験を行い，東北大学において可視化用観察部を開発した。2. 本研究では，気泡圧潰時の衝撃力を機械的表面改質に活用して生体インプラント用金属製３Ｄプリント材の疲労特性向上を目指している。そのために，東北大学において縦渦状気泡の圧潰衝撃力を用いて金属製３Ｄプリント材の機械的表面改質を行い，研究代表者が当該試験片をオックスフォード大学に持参して，機械的表面改質層の評価を行った。3. 機械的表面改質による疲労強度向上の要因の一つに圧縮残留応力の導入があり，残留応力を正確に評価する必要がある。そこで，カリフォルニア大学デービス校と協力して機械的表面改質層の残留応力の評価法を構築するために，穿孔法とX線回折を用いたsin2ψ法，cosα法，2D法を比較検討し，2D法により局所的残留応力を評価できることを実証した。4. 金属製３Ｄプリント材の疲労強度がバルク材の半分程度である一因は，未溶融の粒子による表面粗さが著しく大きいことである。本研究では，研究代表者とワシントン大学のSanders教授が開発したCASF(Cavitation Abrasive Surface Finishing)を踏まえ，東北大学において新たな砥粒を用いた表面改質法を開発し，疲労強度向上を実証した。5. 流体／材料連成解析により，気泡形状により圧潰衝撃力が大きく異なることを明らかにした。

1. In this study, the impact force generated during the pressure collapse of gas bubbles in liquid phase, gas phase and liquid phase transformation phenomenon was studied, and the impact force generated during the pressure collapse of gas bubbles was studied. European-XFEL is a research representative of European-XFEL, and the research department of Northeastern University has been developed. 2. In this study, the impact force during bubble pressure collapse and mechanical surface modification were used to improve the fatigue characteristics of metal 3D coatings for biological applications. In this paper, Tohoku University conducted research on the mechanical surface modification of metal 3D polymer materials for the application of vortex gas and pressure shock force. The research representative conducted research on the evaluation of mechanical surface modification layer when the test piece was tested. 3. Mechanical surface modification is an important factor in the introduction of residual pressure, residual pressure is necessary for correct evaluation The residual stress evaluation method of the surface modification layer of the machine is constructed by the perforation method, the X-ray reflection method, the cosα method and the 2D method. 4. The fatigue strength of metallic 3D particles is half of that of unmelted particles. This study was conducted by Professor Sanders of Tohoku University, who developed CASF(Cavitation Abrasive Surface Finishing), a new particle surface modification method, and demonstrated that the fatigue intensity was upward. 5. Fluid/material connection analysis, bubble shape, pressure impact force, large and small

项目成果

Iowa State University(米国)

爱荷华州立大学（美国）

Relationship between a non-spherical collapse of a bubble and a stress state inside a wall

• DOI: 10.1063/5.0136355
• 发表时间: 2023-02-01
• 期刊: PHYSICS OF FLUIDS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Iga, Yuka;Sasaki, Hirotoshi
• 通讯作者: Sasaki, Hirotoshi

Laser Cavitation Peening: A Review

激光空化喷丸：回顾

• DOI: 10.20944/preprints202304.1006.v1
• 发表时间: 2023
• 期刊: Preprints (www.preprints.org)
• 作者: Soyama Hitoshi;Iga Yuka
• 通讯作者: Iga Yuka

微粒子衝突処理法によるステンレス鋼SUS316Lの疲労強度向上

颗粒碰撞处理法提高不锈钢SUS316L的疲劳强度

• 发表时间: 2023
• 作者: 久慈 千栄子;祖山 均
• 通讯作者: 祖山 均

Fluid/Material Coupled Numerical Simulation of a Bubble Collapse near a Wall for Laser Cavitation Peening

激光空化喷丸近壁气泡破裂的流体/材料耦合数值模拟

• 发表时间: 2023
• 作者: Iga Yuka;Kuji Chieko;Hirotoshi Sasaki;Soyama Hitoshi
• 通讯作者: Soyama Hitoshi