高精度金型設計のための粉体成形シミュレーション技術の実証

2022年度も、産業における粉末金型充填の数値シミュレーションを実行するための要素技術の開発に資する研究に取り組んだ。産業の粉末金型充填では、移動する壁境界において固体粒子が空気の流れの影響を受けながら流動する。さらに、産業の粉末金型充填では、莫大な数の固体粒子を模擬する必要がある。また、粉末金型充填の評価において、充填前後の粉体の混合状態の変化も把握する必要がある。本研究では、固体粒子をDiscrete Element Method（DEM）で模擬し、DEMとComputational Fluid Dynamics（CFD）を連成した固気二相流の数値シミュレーションを使用した。粉末金型充填のシミュレーションを実行するために、DEM-CFD法に、研究代表者のグループで独自開発した計算モデルである、DEM粗視化モデルならびにImmersed Boundary MethodとSigned Distance Functionを結合した壁境界モデルを導入した。本年度、上記の要素モデルの妥当性確認に資する研究を行った。さらに、粉末金型充填で要求される要素技術と共通なものが多く含まれる体系のコンテナブレンダーにおいて物理現象の考察を行った。コンテナブレンダーにおいて、粒子径が小さくなると、固体粒子の挙動が領域内部に生じる空気の流れの影響を受けやすくなり、これが粉体混合効率に寄与することが示された。研究論文を発表するばかりでなく、当該分野に関連する研究をまとめた解説論文を執筆した他、招待講演においてこれまでの研究成果のまとめに関する発信も行った。なお、2022年度もコロナ禍により外国機関と直接交流する機会が乏しかったため、不定期にオンライン会議などを開催して研究交流を進めた。

2022年度も、産業における粉末金型充填の数値シミュレーションを実行するための要素技術の開発に資する研究に取り組んだ。産業の粉末金型充填では、移動する壁境界において固体粒子が空気の流れの影響を受けながら流動する。さらに、産業の粉末金型充填では、莫大な数の固体粒子を模擬する必要がある。また、粉末金型充填の評価において、充填前後の粉体の混合状態の変化も把握する必要がある。本研究では、固体粒子をDiscrete Element Method（DEM）で模擬し、DEMとComputational Fluid Dynamics（CFD）を連成した固気二相流の数値シミュレーションを使用した。粉末金型充填のシミュレーションを実行するために、DEM-CFD法に、研究代表者のグループで独自開発した計算モデルである、DEM粗視化モデルならびにImmersed Boundary MethodとSigned Distance Functionを結合した壁境界モデルを導入した。本年度、上記の要素モデルの妥当性確認に資する研究を行った。さらに、粉末金型充填で要求される要素技術と共通なものが多く含まれる体系のコンテナブレンダーにおいて物理現象の考察を行った。コンテナブレンダーにおいて、粒子径が小さくなると、固体粒子の挙動が領域内部に生じる空気の流れの影響を受けやすくなり、これが粉体混合効率に寄与することが示された。研究論文を発表するばかりでなく、当該分野に関連する研究をまとめた解説論文を執筆した他、招待講演においてこれまでの研究成果のまとめに関する発信も行った。なお、2022年度もコロナ禍により外国機関と直接交流する機会が乏しかったため、不定期にオンライン会議などを開催して研究交流を進めた。