2016 Fiscal Year Research-status Report
損傷を考慮した異方性弾塑性構成式とその発泡金属材料の変形過程への適用
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15K05672
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長岐 滋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30135959)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大下 賢一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60334471)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 発砲金属 / 損傷テンソル / 損傷力学 / 弾塑性構成式 / 異方性Gursonの降伏関数 / 変形解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内部に多数の空孔を有する発泡金属は，衝撃緩衝材としての用途や軽量化を目指して構造材料として用いること等が検討されているが，実用化に際してはその変形過程のシミュレーションを正確に行う必要がある．しかしながら実材料の内部に非常に多数存在する個々の空孔を直接考慮した変形解析を行うことは，計算コストの点で実用的ではない．本研究では個々の空孔の分布を損傷テンソルと呼ぶ連続変数の分布に置き換えて表現し，空孔が成長していく過程を損傷テンソルの発展式として記述する手法を開発し，より実用的な発泡金属の変形過程のシミュレーションを行うことを目的としている．
発泡金属材（ADC12アルミニウム合金ダイカスト）の空孔の分布状態をX線CT装置を用いて同定したCT画像から損傷テンソルをより簡単に求める方法について検討し，得られた損傷テンソルの分布を用いて内部に多数の空孔が存在する引張り試験片の3次元弾塑性有限要素解析を行った．その結果，従来法（空孔の存在を直接考慮した有限要素法解析）に比べて本手法でははるかに少ない要素数で試験片内部の応力集中などを計算できる可能性を確認した．
また，空孔の成長挙動に関しては，昨年度は単一の空孔を有する単位セルについて検討したが，今年度は不規則に多数の穴をあけたSUS304薄板の引張り試験を行って，不規則分布する空孔の成長挙動を2次元的に詳しく観察した．またこの多孔平板の異方性Gursonの降伏関数を用いた2次元弾塑性有限要素解析を行い，実験結果と比較検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度に引き続き，発砲金属材料の3次元変形解析手法の構築を試みた．提供を受けた発泡金属のCT画像から材料内部に分布する空孔の形状を抽出しする手法の改良を試み，昨年度は手作業で行っていた空孔の同定部分などの自動化などについて検討した．一方，3次元における多孔質材の異方性降伏関数そのものについて新たな考察を試み，降伏関数の形や損傷発展則と降伏関数の関係について理論的な考察を進めた．
空孔の成長挙動に関しては，今年度は不規則に多数の穴をあけたSUS304薄板の引張り試験を行って，不規則分布する空孔の成長挙動を詳しく観察した．またこの多孔平板の異方性Gursonの降伏関数を用いた2次元弾塑性有限要素解析を行い，空孔の成長と損傷テンソルの発展に関して実験結果と比較検討を行った．現時点では有限要素法による計算に異方発展則を組み込めておらず，計算結果にはまだ十分に実験結果を表現するまでに至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
様々な空孔分布形態の発泡金属材について，CT画像から求められる空孔分布形態から損傷テンソルの分布を求め，単軸応力状態のもとにおける試験片の変形と空孔の成長状態の有限要素解析を行う．CT画像から損傷テンソルを計算する手法については，形状の抽出が不完全になる問題があり，これを解決するためには，空孔分布状態の画像パターン認識，クラスター分析手法等につて検討し，引き続きプログラムの改良を進める予定である．
また空孔の成長挙動に関しては，新たに提案した損傷テンソルの異方発展則を有限要素法に組み込むことで，まずは2次元多孔平板に対して有限要素法を用いたシミュレーション結果と実験結果の比較検討を行う。これらを通じて策定した目標の達成を目指すとともに，得られた結果を総合して研究成果の発表を行う．
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| Causes of Carryover |
物品費（試験片作成料金），外国旅費（ベトナムへの国際会議出席）がいずれも予定よりやや安くて済んだため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度余剰分は，次年度の国内旅費として使用する予定である．
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