講師紹介

◆塑性加工研究室 加藤 浩三 教授

 本研究室では塑性加工を研究の対象としています。塑性加工の「塑性」とは金属材料の性質を表す用語です。ばねを引張ると伸びたり縮んだりします が、さらに引張るとばねが伸びきって戻らなくなることを経験したことがありますね。この元に戻らなくなった状態が「塑性」です。塑性加工は金属の塑性を利 用した加工方法で,金属材料に大きな力を加えて、「塑性変形」させて、所定の形状の機械部品を成形する加工方法です。
 本研究室の主な研究設備は2台の圧縮試験機であり、能力250KNと1500KNのものがあります。特に能力1500KNの試験機は、3つの 独立したシリンダが配置されており、あらゆるタイプの塑性加工の研究に対応可能です。研究テーマとして、自動車のホイール製造メーカーさんとの共同研究に 取り組んでいるものがあります。ホイールのディスク部分の塑性成形について、形状の高精度化、あるいは強度向上を目的として、製造プロセスの開発に取り組 んでいます。

小型油圧プレスによる塑性成形実験

大型3動油圧プレス外観写真路

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◆材料力学研究室 小栗 久和 教授

 材料力学研究室では、圧延金属材料の破壊強度異方性に関する 研究を行っています。圧延という工程を経て製造される圧延金属 材料は、結晶粒や介在物が方向性のために、破壊強度が方向に よって異なる性質(異方性)を持ちます。 本研究室では、材料に溶接構造用圧延鋼材とジュラルミンを対象 として、日本機械学会規格で定められた方向の試験片を作製し、 破壊靱性試験と呼ばれる方法で破壊強度を測定しています。この 結果から、各方向の強度の比較と、その原因の究明に取り組んで います。 これまでに得られ実験結果から、同一の材料であっても、方向により 破壊強度に大きな差が生じることが分かっています。これは、材料の 加工方向を工夫することにより、破壊強度が向上することを示してい ます。

コンピュータ制御された材料試験機により、試験片に疲労き裂を導入

圧延鋼材(右側)より試験片を加工し、破壊強度異方性を評価

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◆熱工学研究室 石丸 和博 教授

 機械工学における熱・流体工学を基礎に、化学反応や電荷移動を伴う熱科学現象について分子レベルで解明し、新材料の創製や環境・エネルギー問題解決に応用する研究を進めています。
具体例としては

「光触媒粒子充填層・流動層を用いた誘電体バリア放電によるオゾン生成」 これは、強力な酸化・殺菌作用を有する有用な物質であるオゾンを、酸化チタンの光触媒反応または流動層の混合作用を利用することによって、誘電体バリア放電による一般的なオゾン生成の効率を向上させようというものです。

「熱的非平衡状態下におけるRF放電プラズマによる高機能炭素材料の化学気相合成」 これは、ヘリウムや窒素を混合させることで、比較的高い圧力下で均一なRF放電プラズマを発生させ、このプラズマ化学反応によって高機能炭素材料(ファイバー状炭素等)の合成を効率的に行おうというものです。

「固体高分子形燃料電池(PEFC)の運転コスト低減のための燃料供給法」 これは、通常燃料電池の燃料として用いられる純水素に不純物が加わった状態でも問題なく稼働させるための燃料の供給法について検討しようというものです。

その他、プラズマ、燃料電池に関わる研究を進めています。

光触媒粒子充填型オゾン生成器と内部の放電プラズマ状態

非平衡RF放電プラズマCVD装置と内部の放電プラズマ状態

単セル型PEFCによる燃料電池評価システム

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◆数理設計工学研究室 片峯 英次 教授

 弾性体、伝熱場あるいは流れ場などの領域形状を設計対象にした設計技術は設計現場における重要課題の一つです。
 数理設計工学研究室では、軽量化、強度・剛性最大化、損失エネルギー最小化などの性能改善を目的とした形状設計に対して、最適化数理とCAE技術に基づく実用的な形状最適化の数値解析法を提案しています。図は解析例の一例を示し、左上図は剛性最大化を目的としたフック部材の形状最適化、左下図は手前から粘性流体が流入し、左右から流出する分岐流路の解析結果です。
 また最近では、伝熱と弾性を連成した熱弾性場、流れと熱伝達を連成した熱対流場などの複雑な連成場の形状最適化にも取り組んでいます。

剛性最大化を目的としたフック

エネルギー損失最小化を目的とした分岐流路

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◆計測・制御研究室 山田 実 教授

(1)繰り返し制御
2次元制御理論に基づく繰り返し制御を実際の制御系に適用しています。繰り返しごとに目標軌道が変化しても追従できる繰り返し制御理論も用いています。

(2)MPS法による流体挙動解析
粒子法のひとつであるMPS法の応用して取鍋からの溶湯流出解析をしています。流体の流れ、伝熱、凝固を同時に解析します。MPS法では自由表面・飛散・表面張力の扱いができます。

(3)MATLABによるロボット解析
MATLABの数式処理機能を用いて、ロボットの設計・解析ができるソフトを開発しています。動力学方程式・運動学方程式などの導出ができます。また、パラメータを含んだままの式を導出可能です。

繰り返し制御

取鍋からの流動解析

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◆環境生産システム工学研究室 宮藤 義孝 准教授

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◆熱流体工学研究室 山本 高久 准教授

これまで当研究室では、ガスタービン燃焼器など、化学反応が大きく寄与する流れ場のCFD(数値流体力学)解析を行ってきました。右図は浮き上がり現象を伴う水素乱流噴流火炎の数値解析例ならびに燃料改質器の数値解析例です。これら解析では、乱流現象が化学反応場に与える影響を評価するため、新たに乱流場に特化した化学反応モデルを新規に導入して解析を行っております。

他方、これまでに培たCFD解析のノウハウを生体内の熱物質輸送現象に拡大、適用を試みています。右図はCFD解析を用い,ネビュライザなどにより鼻腔内に導入された薬液エアロゾルが,どのように輸送されて炎症患部に到達するのかを定量的に評価した解析例です。このような解析では、単にCFDを行うだけではなく、CT、 MRIなどの医療用画像から3次元幾何形状 モデルを作成・抽出する画像処理技術が必要になります。

燃焼解析例:水素噴流火炎と改質反応器

生体解析例:鼻腔内の薬液ミスト輸送特性

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◆航空宇宙流体力学研究室 中谷  淳 准教授

●研究室の特徴
 当研究室では、『教育研究を通じて日本の航空宇宙分野へ貢献する』という理念のもと、流体力学の視点から航空宇宙分野の研究に取り組んでいます。
 また、当研究室に配属された学生は、JAXAなどでも取り組んでいる最先端の研究を通じて高いレベルの工学教育を受けることが出来ます。

●研究テーマ
 当研究室では、次世代の完全再使用型宇宙輸送システムの研究に取り組んでいます。次世代の宇宙輸送システムとしては、旅客機並みの安全性、信頼性、そして経済性を達成することが期待されています。このような宇宙輸送システムを実現するためには様々な課題が山積しています。当研究室では、流体解析と飛行実験という2つの方法を用いて、この課題の解決に取り組んでいます。

飛行実験機

流体解析(OpenFOAM)による飛行実験機まわりの流れ

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◆材料学研究室 本塚 智 准教授

金属を構成する原子と原子は電子を仲介役に結合しています。この金属が破断し、原子と原子が離れたとき、電子は新しい原子を仲介しようとします。この時、元の金属原子でなく、ほかの金属や気体分子を結合させることがあります。これがメカノケミカル効果です。
材料学研究室では粉砕機によるメカノケミカル効果を応用した新規材料開発、ガス改質効果の研究をしています。
材料開発では粉末冶金用複合粒子を、ガス改質では温室効果ガスである二酸化炭素の金属粉末への吸着やメタン改質をテーマに研究に取り組んでいます。
実験で効果を確認することはもちろん、シミュレーションによるメカノケミカル効果の検証を行い、より効率的なメカノケミカル効果の応用を模索中です。

雰囲気粉砕装置

分子軌道法(DV-Xa法)でメカノケミカル効果を検証中

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◆機械・環境系設計工学研究室 高橋 憲吾 助教

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