Microscopic Structural Analysis for Elasto-Plastic Powder Compression

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粉体圧縮において，粒子特性が圧縮成形体の圧縮挙動に影響を及ぼすことが知られている．特に，粒子の塑性変形性が圧縮成形に及ぼす影響の寄与が大きいにもかかわらず，計算モデルの信頼性や計算負荷の観点から数値解析による微視的構造評価について体系的に検討されていないのが現状である．そこで，本年度は離散要素法により圧縮過程における粉体の微視的な構造変化に着目して検討した．離散要素法を用いて付着性粉体の弾塑性変形モデルを適用することで粒度分布と塑性変形性の異なる粉体の圧縮プロセスを計算した．粒度分布の異なる粉体を想定して，単分散粒子の系と小粒子を添加した系を計算し，小粒子の体積混合割合の影響を検討した．圧縮過程の粉体の評価として，圧縮特性，空隙率，配位数，接触面積，および上下杵間の最短経路を解析した．塑性変形性の高い粉体は塑性変形性の低い粉体に比べて高密度化し，小粒子添加によってさらに高密度化した．大小二成分粉体の内部において大粒子に大きな力が印加され，大粒子間の隙間に入りこんだ小粒子は力をほとんど受けないことが明らかとなった．また，小粒子の体積混合割合30 vol%を閾値として充填構造に大きな変化がみられた．特に接触状態について，閾値を超えると小粒子間接触が大幅に増加する一方で大小粒子間の接触はあまり変化しないということが判明した．本年度の成果について国内外の学会にて発表し，学術論文を現在執筆中である．