結晶学的せん断帯の生成・成長による構造物の衝撃崩壊特性の最適化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450041
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 伊藤 耿一 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (30005425)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅野 昭吉 一関高等工業専門学校, 教授 (20042202) ; 柴田 勝久 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 講師 (20196421)
• Keywords: 結晶塑性 / 局所せん断帯 / 有限要素法 / 塑性不安定 / 衝撃座届

Research Abstract

延性の大きい金属の破壊ではその前兆現象としての局所せん断帯の発生がみられる.せん断帯の生成成長は結晶学的な構造に対する負荷および変形履歴に支配されることを利用して薄肉構造体の衝撃崩壊特性を制御する方法を確立することを目的として以下の成果を得た.
1.せん断帯損傷モデルによる数値材料試験システムの開発.FCC結晶を対象として,せん断帯発生クライテリオンの数理モデルを提案し,それににより予測されるせん断帯をFCC結晶の第13番目の,非硬化すべり系とする結晶モデルによる多結晶損傷モデルの数値シミュレーターを開発し,これを用いて,平面ひずみ引張りおよび圧縮についての解析を行った結果,せん断帯が成長し材料の表面に貫通するまでの過程をシミュレート出来ることを確認した.
2.多結晶のせん断帯生成・成長の数値シミュレーション.確立したFCC結晶のせん断帯発生と成長に関する数値シミュレーターによる平面ひずみ圧縮を受けるFCC多結晶の解析ならびに対応する実験によりせん断帯は隣接する結晶粒との相対的な方位関係により粒内に止まる場合と粒界を貫通して成長する場合があるとの知見を得た.このことはせん断帯の成長に集合組織が影響を与えることを示唆しており,構造部材に使われる材料の集合組織制御を通して,薄肉構造体の衝撃崩壊特性の最適化の可能性を示すものである.
3.高ひずみ速度域での材料のひずみ速度依存性が薄肉構造物の衝撃崩壊特性に及ぼす影響の調査.はりおよび円管についての衝撃座屈変形の数値シミュレーターを開発しそれにCowper-Simonds型の構成式を適用して解析した結果,ひずみ速度依存性の大きい材料では衝撃エネルギー吸収効率がわずかながら向上すること,およびその粘性効果により座屈波形を長波長側に変更するためにより安定的に座屈変形が進行し得ることが確認された.

Research Products

• [Publications] 菅野昭吉 ほか: "せん断帯解析法と単一粒子における結果"塑性と加工. 42. 1075-1079 (2001)
• [Publications] 菅野昭吉 ほか: "FCC単結晶のせん断帯分岐後解析"塑性と加工. 42. 1146-1150 (2001)
• [Publications] 菅野昭吉 ほか: "せん断帯形成によるFCC結晶の延性破壊"塑性と加工. 43. 118-122 (2002)