Physics of Nonlocal Crystalline Plasticity using Meso-scaled testing
| Project/Area Number |
21H01210
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
澁谷 陽二 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (70206150)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000)
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| Keywords | メゾテスティング / 結晶塑性 / 非局所性 / 弾塑性有限要素解析法 / Micropolar構成式 / 弾塑性有限要素解析 / 弾塑性有限要素法 |
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| Outline of Research at the Start |
代表寸法が数μm以下のサイズを持つ試験片を用いた材料試験では，初期欠陥を持つマクロなサイズでは識別できない事象を試験片系全体の力学的応答の中で見い出すことができる．本研究では，この試験方法の概念をメゾテスティングと定義する．このメゾテスティングにより，単結晶・双結晶体の基本材料特性情報データを取得し，多結晶体に至る過程を，Micropolar理論の非局所結晶塑性の構成関係式と，独自の結晶学的な粒界モデルを組み合わせた新たな結晶塑性モデリングにより解明する．マクロなサイズの試験片を用いた弾塑性特性からモデルの検証を行い，材料の基本特性の変化がもたらす塑性加工性等の予測といった実用化を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では，以下の項目を実施した．
【１】メゾテスティングの実施：数μmサイズの初期欠陥のない単結晶・双結晶体を対象に，特定の欠陥（結晶粒界）の存在による基本的な弾塑性特性を精度よく取得した．これまでの面心立方格子(fcc)材料に加えて，軟磁性鋼板の体心立方格子(bcc)材料を新たに加え，単結晶における応力ーひずみ曲線から結晶塑性の構成式を構成するパラメータのフィッティングを行った．また，従来の丸型，正方形断面角柱に加えて，長方形断面を持つ角柱の双結晶マイクロピーを作成して，粒界を跨ぐ塑性の観察を実施した，その結果，シュミット因子で律される粒内すべりとともに，明確な粒界を跨ぐすべりが新たに観察された．
【２】粒界特性を取り入れた結晶塑性のモデリングを行った．昨年度に引き続き，3つのシグマ値を持つ<112>軸対応傾角粒界を対象にしたfcc双結晶モデルの解析を行った．まずは，粒界モデルを考慮した転位論に基づく結晶塑性構成式モデルと，現象論的結晶塑性構成式モデルの2種類を用いた弾塑性有限要素解析を実施した．上述の3つの粒界に対して，粒界を跨ぐ塑性を考慮しない場合には両者の構成式はほぼ同じになる一方，粒界指数に応じた滑らかな関数で近似された粒界モデルでは特定の粒界ですべり系の変化が見られた．
【３】非局所性の特性をもつMicropolar弾塑性解析の定式化と有限要素解析手法の開発を行った．従来より自作した弾粘塑性有限要素解析プログラムを3次元化，そして物体点に回転に関わる3つの新たな自由度を持つMicropolar構成式の有限要素定式化とその導入を行った．弾性特性の異なる2相角柱の単軸引張りとねじりを負荷し，塑性の局所化挙動を調査した．その結果，付加自由度は変形の局所化を緩和する方向に作用することが新たにわかった．なお，この課題の遂行には，研究協力者1名（松田(修士2年生)）が携わった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
