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

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05672
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 長岐 滋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (30135959)
• 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)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 損傷力学 / 発泡金属 / 損傷テンソル / 異方性Gursonの降伏関数

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，2次元的なモデルを策定して実験と理論の検討を進めた．具体的には不規則に多数の空孔を分布させたSUS304薄板の引張試験を行い，変形の進展と空孔の変形状態，つまり損傷の発展状況について詳しく観察し，有限要素法の計算結果と比較検討を試みた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度までに構築した発砲金属材料の3次元変形解析手法について検討した．変形解析を精度よく進めるためには，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自動的に抽出することが重要になるが，複数の空孔が接近しすぎて存在する場合など分布形態によっては自動抽出が難しくなる場合も存在することがわかった．また，抽出した空孔形状を球体として近似でいない場合についても検討した．

空孔の成長挙動に関しては，前年度に実施した不規則に多数の空孔を分布させたSUS304薄板の引張試験に引き続き，分布させる空孔の直径が異なる場合についても引張試験を実施し，変形の進展と損傷の発展状況について詳しく観察した．

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る手法の改良に努める．空孔が局所的に過密に分布する場合の取り扱い，ならびに空孔の形状が扁平な場合の取り扱いについてが，今後の問題であり，空孔の画像パターン認識，クラスター分析手法等を用いて検討するとともに，損傷テンソルそのものの定義についても理論的な検討をする予定である．

また空孔の成長挙動に関しては，昨年度実施した空孔直径が異なる場合の多孔平板の引張試験結果について，損傷テンソルの発展則を組み込んだ弾塑性有限要素法を用いたシミュレーション結果と比較検討し，得られた結果を総合して研究成果の発表を行う．

Causes of Carryover

（理由）学会発表を次年度に行うことになったため．

（使用計画）今年度余剰分は，次年度の学会発表用の国内旅費として使用する予定である．