切削加工時に起こる塑性流動を流体解析できますか？

質問

素人です。
セラミック、ジルコニア、アルミナなどの切削で加工表面に塑性流動が起こる場合を流体解析でできるのでしょうか？レイノルズ数の低い流れの解析(粘性、粘弾性流れ）とは違うような気がします。塑性変形＝固体ということで流れとは考えないのでしょうか？教えてください。
もし、モデルがあれば知りたいです。

回答No.1

noname#230359

大変良い質問かと思います。

結論から言えば、塑性流動を流れとして捉えることは問題は無いのですが、非線形性が強く、一般の流体解析では解析できません。このような問題を数値解析により解こうとおもうのであれば、FEMによる構造解析によるのが一般的です。しかも、物体が切り裂かれていく過程を解析するので、強力なリメッシュニング、機能が必要です。しかし、最近では、このような解析コードは多数存在しますので、調べてみてください。

それと、塑性変形は流体でいえば、せん断変形の変形抵抗がせん断速度に異存しない場合に相当します。ニュートン流体が変形抵抗とせん断速度が比例する(線形な）流体ですから、非ニュートン流体の非線形が極大に達した状態と考えることができ、一筋縄では解けない状態になります。しかし、そのような問題も、若干のひずみ速度依存性を与えて解く、あるいは収束値近傍で強制的に線形性を与える、などの解き方で解析されております。この方法によるFEM解析は剛塑性FEMとよばれ、一般の構造解析FEM（弾塑性FEM)とは区別されておりますが、この方法による解析コード(Deform,Forge2/3）も存在します。

最近ではプラスチック成形用のコードを使って、鍛造のような塑性による加工の問題を解析した例を見ることがあります。速度の依存性（いわゆるm値、 m=1.0でニュートン流体、m=0.0で完全剛塑性体）をどれだけにとって解析しているかはわかりませんが注意が必要です。正直なところ、こようなコードを使ってもある程度もっともらしい結果をえる事は可能ですがお奨めしません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
大変よく分かりました。今現在どのような手法で解析されているかという最新の情報まで頂けて大変満足です。

もう1つご存知だったら教えてください。
溶接を数値計算で解く場合普通どのように解析されているのでしょか？
FEMだとは思いますが、何か一般的なコードはありますか？
お忙しければ結構です。
（具体的には原子炉の溶接部における残留応力など。材料としてジルコニアも検討している。）

詳しく説明していただきありがとうございました。