発泡アルミニウム材を内挿した構造部材の一体成形

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近年,環境負荷低減のため自動車産業では車両の軽量化が図られている.しかしながら,自動車の場合,事故時の衝突安全性を維持あるいは向上させながら軽量化を行う必要があるため,衝撃吸収性に優れた軽量構造部材の製造が必要不可欠である.そこで本研究では,発泡アルミニウム材を内挿した構造部材の作製技術の開発を目的とする.発泡アルミニウム材料は,軽量で遮音性,断熱性,電磁波吸収性,衝撃吸収性に優れた多孔質金属で,リサイクル性も良い材料である.アルミニウム合金粉末と発泡剤を混合して圧粉体を作成し,加熱発泡させながら中空部材に挿入させることにより一体構造部材を作製する実験を行った.また,発泡アルミニウムの変形特性を多孔質体の力学を基に定式化を行い,有限要素法シミュレーションによる解析を行った.発泡剤を含むアルミニウム圧粉体をアルミの融点以上に加熱したダイスを用いて押し出すことにより,加熱発泡させながら円柱形状の型に挿入する実験を行った.その結果,鋼管内で未充満部がありながらも,密度約0.59g/cm^3(相対密度0.22)の発泡アルミニウムを鋼管内に内挿することができた.さらに,鋼管内の細部へ充填させるために,押出し速度,加熱ダイス温度,押出し量の制御により鋼管の86%の体積に相対密度0.24の発泡アルミニウムを充填させることが可能となった.多孔質体の力学に基づいた発泡アルミニウムの変形解析では,発泡アルミ内の空孔サイズのバラツキを正規分布する相対密度で表現し,空孔サイズの分布が変形に与える影響について有限要素法解析を行った.その結果,相対密度の正規分布における標準偏差が小さいとき,すなわち空孔サイズのバラツキが小さい場合,発泡アルミニウムの圧縮における応力の上昇率が小さくなる傾向を見いだした.