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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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主たる研究テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

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• 溶融池磁気制御アーク溶接法の適用拡大に関する研究

• 衝突噴流の伝熱特性に関する研究

• アブレーション材料の耐熱特性の研究

• 沖縄における海洋温度差および深層水利用の研究

学位論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• 衝突噴流の時・空間温度および流動場の可視化による熱伝達特性に関する実験的研究

  2000年03月 

論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• A radiating straight fin with constant thermal properties by modified perturbation method

  Kato, S; Matsuda, S

  MECHANICAL ENGINEERING JOURNAL ( 一般社団法人 日本機械学会 )  10 ( 6 ) 23-00111 - 23-00111   2023年10月

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  <p>A modified perturbation method (Kato and Matsuda, 2021) is used to obtain the solution of the heat transfer problem of a radiating straight fin with constant thermal properties. The main procedure of the modified perturbation method (MPM) is: (1) A perturbation parameter <i>ε</i> is assumed to be included in the nonlinear term of the differential equation. The solution <i>θ</i> is expressed by <i>θ</i> = <i>φ</i> + <i>θ</i>_f, where <i>θ</i>_f is an initial approximation of the solution. (In this paper, <i>θ</i>_f is assumed to be a constant) (2) <i>θ</i> = <i>φ</i> + <i>θ</i>_f is substituted into the differential equation and the nonlinear term is split into linear and nonlinear terms. (3) <i>ε</i> which is not in the nonlinear term is replaced by a newly introduced parameter <i>ε</i>´. (4) An asymptotic expansion of <i>φ</i> in powers of <i>ε</i> is assumed for the solution of the differential equation, from which we obtain the perturbation solution of <i>φ</i> including <i>ε</i> and <i>ε</i>´. (5) <i>ε</i>´ in the perturbation solution of <i>φ</i> is replaced by <i>ε</i>. Then we obtain the perturbation solution of <i>θ</i>. The obtained solutions by MPM are found to be in good agreement with the numerical results by the finite difference method. The solutions are also compared with those by the conventional perturbation method (CPM). It is found that MPM can extend the applicable range of the small parameter <i>ε</i> (radiation-conduction parameter) drastically compared with that by CPM. The modifications of the perturbation method by splitting the nonlinear term help reduce the contribution of the nonlinear term, which drastically improve the convergence characteristics of the solution.</p>

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    CiNii Research

• Analytical solution for the problem of one-dimensional quasi-steady non-charring ablation in a semi-infinite solid with temperature-dependent thermo-physical properties

  Kato S., Matsuda, S.

  Thermal Science and Engineering Progress ( Thermal Science and Engineering Progress )  31   101181 - 101181   2022年06月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Exact quasi-steady solution of temperature distribution for one-dimensional non-charring ablation in a semi-infinite material with temperature-dependent thermo-physical properties is obtained analytically, in which the surface temperature and the surface recession velocity are assumed to be constant. The analytical solutions for the cases in which thermo-physical properties are expressed by low degree polynomial functions of temperature are also obtained. Two kinds of non-charring ablation models are considered. One is a single phase model composed of a single phase (the crystalline phase), in which the surface recedes due to ablation. The other is a two-phase model composed of two phases (the crystalline and the amorphous phases) such as Teflon, in which the surface of the amorphous region recedes. The calculated results of the analytical solution agreed well with those of the numerical solution by the finite difference method. The basic behavior of Teflon ablation is calculated by using the analytical solution. The simple and exact analytical solution obtained in this paper is easy to calculate and is helpful in understanding the ablation behavior easily. It allows for rapid estimation of the ablation behavior for engineering purposes. The solution also provides a means to verify computer solutions obtained by numerical methods.

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• A modified perturbation method in which the applicable range of a small parameter for the solution is extended much larger than that by the conventional perturbation method

  KATO Sumio, MATSUDA Shoichi

  Mechanical Engineering Journal ( 一般社団法人 日本機械学会 )  8 ( 6 ) 21-00153 - 21-00153   2021年08月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  <p>A modified perturbation method, in which the applicable range of a small parameter <i>ε</i> for the solution is extended larger than that by the conventional perturbation method, is applied to two simple heat transfer problems with temperature-dependent thermal properties. The main procedure of the modified perturbation method is: (1) A perturbation parameter <i>ε</i> is assumed to be included in the nonlinear term of the differential equation. The solution <i>θ</i> is expressed by <i>θ</i> = <i>φ</i> + <i>θ</i>_f, where <i>θ</i>_f is an initial approximation of the solution and <i>φ</i> is <i>θ</i> − <i>θ</i>_f. (In the example problems of this paper, we assume that <i>θ</i>_f is a constant.) (2) <i>θ</i> = <i>φ</i> + <i>θ</i>_f is substituted into the differential equation and the nonlinear term is split into linear and nonlinear terms. (3) <i>ε</i> which is not in the nonlinear term is replaced by a newly introduced variable <i>ε</i>’. (4) An asymptotic expansion of <i>φ</i> in powers of <i>ε</i> is assumed for the solution of the differential equation, from which we obtain the perturbation solution of <i>φ</i> including <i>ε</i>’ and <i>ε</i>’. (5) <i>ε</i> in the perturbation solution of <i>φ</i> is replaced by <i>ε</i>. Then we obtain the perturbation solution of <i>θ</i>. By solving the two example problems, it is made clear that the solution by the modified perturbation method is more accurate than that by the conventional perturbation method. It is also made clear that the modified perturbation method extends drastically the applicable range of the perturbation parameter in comparison with the conventional perturbation method. The modifications of the perturbation method help reduce the contribution of the nonlinear term, which drastically improves the convergence characteristics of the solution. The reason for the good convergence characteristics of the modified perturbation solution is discussed.</p>

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    CiNii Research

• Study on penetration control of the arc welding using external magnetic field– Influence of external magnetic field on arc shape and heat input–　

  Shoichi MATSUDA Manabu TANAKA and Yasushi TANAHARA

  Proceedings of the Visual-JW 2019 and WSE 2019 ( Joining and Welding Research Institute Osaka University )    2019年11月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（国際会議プロシーディングス）

• Study on penetration control of the arc welding using external magnetic field– Influence of external magnetic field on arc shape and heat input–

  Shoichi MATSUDA, Manabu TANAKA, Yasushi TANAHARA

  Proceedings of the Visual-JW 2019 and WSE 2019     2019年11月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（国際会議プロシーディングス）

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• 実践的高度溶接技術者育成コース　教材（上下巻）

  真鍋幸男, 松栄準治, 眞喜志隆, 比嘉吉一, 松田昇一他６名 ( 担当: 共著 )

  産学連携製造中核人材育成事業  2007年03月

• 衝突噴流の時・空間温度および流動場の可視化による熱伝達特性に関する実験的研究

  松田昇一 ( 担当: 単著 )

  琉球大学  2000年03月

研究発表等の成果普及活動 【 表示 ／ 非表示 】

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• 高周波交流磁場がGMA溶接のアークおよびビード形状に及ぼす影響

  松田昇一，棚原靖，田中学，二宮　和人

  日本鉄鋼協会　R4年度　秋季講演大会  (福岡)  2022年09月  -  2022年09月   

• 外部磁場によるヘリウムガスタングステンアーク溶接の溶融池流動制御

  松田　昇一, 棚原　靖 , 田中　学

  2021年度学術講演会  (オンライン)  2021年11月  -  2021年11月   

• 外部磁場によるヘリウムガスタングステンアーク溶接の溶融池流動制御

  松田 昇一, 棚原 靖, 田中 学

  2021年度学術講演会(一般社団法人 スマートプロセス学会)  2021年11月  -  2021年11月   

• 外部磁場を用いた高品質・高効率GMA溶接の研究-交流磁場がアークおよびビード形状に及ぼす影響

  松田昇一，棚原靖，田中学

  溶接学会秋季大会  (オンライン)  2021年09月  -  2021年09月   

• 外部磁場を用いた高品質・高効率GMA溶接の研究-交流磁場がアークおよびビード形状に及ぼす影響

  松田昇一, 棚原靖, 田中学

  オンライン  2021年09月  -  2021年09月   

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科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 外部磁場を用いた高品質・高効率GMA溶接の研究

  基盤研究(C)

  課題番号: 19K04107

  研究期間: 2019年04月  -  2022年03月 

  代表者: 松田昇一 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 990,000（円）  金額合計: 4,290,000（円）

  　概要を見る

  　アーク溶接は施工の利便性等から、製造分野で広く利用されている接合法である。その中でもマグ溶接や炭酸ガス溶接などのガスメタルアー ク（GMA）溶接は、一般に高電流密度の溶接法であるため、溶着速度が速く、溶込みが深い高能率な溶接法である。しかしGMA溶接は、溶接ワイ ヤが電極を兼ね、電極が溶融することから、熱源が時間的・空間的に変動し、アークが不安定になる。そのためスパッタが発生しやすく、溶接 欠陥が生じやすい。これらの欠点は、溶接電源のパルス化や適正な溶接条件の設定、ワイヤ等の選定およびアース位置の検討により軽減される が、根本的な解決は難しい。また実際の施工現場では対処が難しい場合がある。 　本研究では、外部磁場をアークおよび溶融池に付加することにより生じる電磁力を用いて、アークの挙動および溶融池の流れの制御を試み、 特に溶接施工現場でも簡単に使用できる、新たな高効率・高品質溶接法の開発を目指す。

• 微細藻類の培養促進技術開発

  ■■■

  課題番号: 00000000

  研究期間: 2020年04月  -  2021年11月 

  代表者: 瀬名波出, 松田昇一 

• 外部磁場を用いた高品質・高効率GMA溶接の研究

  基盤研究(C)

  課題番号: 19K04107

  研究期間: 2019年04月  -  2022年03月 

  代表者: 松田 昇一 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 4,290,000（円）  金額合計: 990,000（円）

  　概要を見る

  本研究は、ガスメタルアーク（GMA）溶接に外部磁場を付加する新溶接法の研究である。GMA溶接法は、最も普及している被覆アーク溶接や比較的安定できれいな溶接面が得られるTIG溶接と比較して溶接速度が10倍以上、溶接電流は2～3倍程度大きい高効率な溶接法である。しかしながら、GMA溶接は溶接ワイヤが電極（熱源）を兼ねていることから、熱源が時間的・空間的に変動する。そのためアークが不安定で、スパッタが発生しやすくなり、ハンピングビード等の溶接欠陥が生じやすくなる。そこで高効率なGMA溶接に外部磁場を付加することによりアークの挙動や溶融池の流動を制御できれば、大幅な溶接欠陥の抑制が期待できる。 令和2年度は、初めに令和1年度に引き続き試験片の動台車および固定治具の大幅な改良を行った。これは当初の予測より溶接が安定するまでに時間を要したため、試験片が従来の実験装置と比較して約1.5倍移動できるように、移動台車および試験片固定治具を大幅に改修した。次に改修した新しい実験装置を用いて、まず直流磁場がアークの挙動に与える影響を詳細に調べた。その結果、磁場を付加した場合でも、まだアークは溶接方向前後または回転するように時間的・空間的に変動をするが、磁場無しと比較すると大幅に改善しスパッタ等の溶接欠陥を低減することができた。その結果の一部は溶接学会秋季全国大会にて発表した。またさらなるアークの安定化を目指し、直流磁場を交流磁場に変更し、磁場がアークに及ぼす影響を詳細に調べた。交流磁場に変更することで、アークの振動は大幅に低減出来る事が確認できたが、詳細なメカニズムは次年度に調べる予定である。

• 外部磁場を用いた高品質・高効率GMA溶接の研究

  基盤研究(C)

  課題番号: 19K04107

  研究期間: 2019年04月  -  2022年03月 

  代表者: 松田 昇一 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 4,290,000（円）  金額合計: 990,000（円）

  　概要を見る

  本研究は、ガスメタルアーク（GMA）溶接に外部磁場を付加する新溶接法の研究である。GMA溶接法は、最も普及している被覆アーク溶接や比較的安定できれいな溶接面が得られるTIG溶接と比較して溶接速度が10倍以上、溶接電流は2～3倍程度大きい高効率な溶接法である。しかしながら、GMA溶接は溶接ワイヤが電極（熱源）を兼ねていることから、熱源が時間的・空間的に変動する。そのためアークが不安定で、スパッタが発生しやすくなり、ハンピングビード等の溶接欠陥が生じやすくなる。そこで高効率なGMA溶接に外部磁場を付加することによりアークの挙動や溶融池の流動を制御できれば、大幅な溶接欠陥の抑制が期待できる。 令和2年度は、初めに令和1年度に引き続き試験片の動台車および固定治具の大幅な改良を行った。これは当初の予測より溶接が安定するまでに時間を要したため、試験片が従来の実験装置と比較して約1.5倍移動できるように、移動台車および試験片固定治具を大幅に改修した。次に改修した新しい実験装置を用いて、まず直流磁場がアークの挙動に与える影響を詳細に調べた。その結果、磁場を付加した場合でも、まだアークは溶接方向前後または回転するように時間的・空間的に変動をするが、磁場無しと比較すると大幅に改善しスパッタ等の溶接欠陥を低減することができた。その結果の一部は溶接学会秋季全国大会にて発表した。またさらなるアークの安定化を目指し、直流磁場を交流磁場に変更し、磁場がアークに及ぼす影響を詳細に調べた。交流磁場に変更することで、アークの振動は大幅に低減出来る事が確認できたが、詳細なメカニズムは次年度に調べる予定である。

• 溶融池磁気制御アーク溶接法による溶込み制御に関する研究

  基盤研究(C)

  課題番号: 16K06747

  研究期間: 2016年04月  -  2019年03月 

  代表者: 松田　昇一 

  直接経費: 3,700,000（円）  間接経費: 1,110,000（円）  金額合計: 4,810,000（円）

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その他研究費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 微細藻類の培養促進技術開発

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: 研究分担者

  研究種別: 研究助成  事業名: 共同研究

  研究期間: 2020年04月  -  2021年11月 

  代表者: 瀬名波出  連携研究者: 松田昇一  資金配分機関: 株式会社ノベルジェン

  直接経費: 1,100,000（円）  金額合計: 1,100,000（円）

• 非対称交流磁場を用いた上向姿勢溶融池磁気制御アーク溶接法に関する研究 （非対称交流磁場によるアークおよび溶融金属流動制御）

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: 平成29（2017）年度 次世代を担う研究者助成事業

  研究期間: 2017年04月  -  2018年03月 

  資金配分機関: 一般社団法人日本溶接協会

  直接経費: 1,000,000（円） 

• 軽量アブレーターの解析手法の研究

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: 研究分担者

  研究種別: 研究助成  事業名: 共同研究

  研究期間: 2016年04月  -  2017年03月 

  代表者: 松田昇一  連携研究者: 加藤純郎  資金配分機関: 川崎重工株式会社航空宇宙カンパニー

  直接経費: 432,000（円）  金額合計: 432,000（円）

• 高・低速衝突噴流群の赤外線映像による熱移動解析

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: その他

  研究種別: その他  事業名: 日本科学協会　笹川科学研究助成

  研究期間: 1997年04月  -  1998年03月 

  代表者: 松田昇一  資金配分機関: -

  直接経費: 300,000（円） 

共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】

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• 軽量アブレータ解析手法の研究

  研究期間: 2016年12月  -  2017年03月 

  代表者: 松田昇一  連携研究者: 加藤純郎 

  直接経費: 432,000（円）  金額合計: 432,000（円）

• 島嶼地域に適した海洋温度発電の調査研究

  研究期間: 2010年04月  -  継続中 

  資金配分機関: 佐賀大学海洋エネルギー研究センター

• 溶融池磁気制御アーク溶接における熱輸送現象解析

  研究期間: 2007年04月  -  継続中 

  資金配分機関: 大阪大学接合科学研究所

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