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

高精度模具设计粉末成型模拟技术演示

基本信息

批准号：
17KK0110
负责人：
酒井幹夫
金额：
$ 9.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018 至 2023
项目状态：
已结题

项目摘要

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财年，我们继续开展研究，为工业中粉末模具填充数值模拟的基础技术的发展做出贡献。在工业粉末模具填充中，固体颗粒在移动壁边界处的气流的影响下流动。此外，工业粉末模具填充需要模拟大量固体颗粒。另外，在评价粉末模具填充时，需要了解填充前后粉末混合状态的变化。在本研究中，使用离散元法（DEM）模拟固体颗粒，并使用DEM和计算流体动力学（CFD）耦合的固气两相流数值模拟。为了模拟粉末充型，我们将DEM-CFD方法与研究代表团队独特开发的DEM粗粒模型相结合，并引入了浸没边界法和符号距离函数。今年，我们进行了研究，有助于证实上述基本模型的有效性。此外，我们还研究了容器搅拌机系统的物理现象，该系统具有许多与粉末模具填充所需的相同基本技术。研究表明，在容器搅拌机中，随着颗粒尺寸的减小，固体颗粒的行为对该区域内产生的气流变得更加敏感，这有助于提高粉末混合效率。除了发表研究论文外，他还撰写了总结该领域相关研究的解释性论文，并在特邀讲座中总结了迄今为止的研究成果。 2022年，受疫情影响，与国外机构直接互动的机会很少，所以我们不定期召开线上会议，促进研究交流。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Coarse graining DEM simulations of a powder die-filling system

粉末模具填充系统的粗粒 DEM 模拟

DOI：
10.1016/j.powtec.2020.05.063
发表时间：
2020
期刊：
Powder Technology
影响因子：
5.2
作者：
Widartiningsih Putri Mustika;Mori Yuki;Takabatake Kazuya;Wu Chuan-Yu;Yokoi Kensuke;Yamaguchi Akira;Sakai Mikio
通讯作者：
Sakai Mikio

Validation study on a scaling law model of the DEM in industrial gas-solid flows