2016 Fiscal Year Research-status Report
多軸応力依存性を考慮した鋼のTRIP挙動のモデル化と熱間プレス成形解析への適用
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15K05714
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 相変態 / 変態塑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多軸（引張/圧縮・ねじり二軸）応力下において，高温状態から急速冷却した時に生じる固体間の相変態（ベイナイト変態，マルテンサイト変態など）に及ぼす応力の影響を明らかにするために，以下の検討を行った．
まず，S45CおよびSCM440について三点曲げ試験装置を用いて曲げ応力と同時に引張応力を自動負荷できるように装置の改良を行い，この装置を用いて試験片中立面の移動が変態塑性挙動に与える影響，について実験的検討を行った．これによると，これらの材料の変態塑性たわみは引張荷重の増加とともに顕著に減少することが分かった．さらに，オーステナイト領域下で予塑性ひずみを引張荷重によって与えられるように試験装置を改良し，予塑性ひずみが変態塑性挙動に与える影響についても検討した．現時点では実験結果にばらつきが生じているが，予塑性ひずみはこれらの材料のパーライト変態およびベイナイト変態における変態塑性挙動を抑制することを示した．
次に得られた実験結果を基に，研究代表者らが提案した上記材料の変態塑性挙動に対する静水圧応力依存型構成式の高度化を図った．この構成式の妥当性を検証するため，これを有限要素解析ソフトAbaqusにコーディングし，得られた実験結果と有限要素法による解析結果を比較・検討した．
ホットプレス現象を高精度にシミュレーションするためには鋼の変態塑性挙動の予塑性ひずみ依存性を考慮した熱・弾塑性構成式の構築が欠かせない．このようにして得られた材料モデルの基づくシミュレーションにより成形不具合の予測精度が向上し，試行錯誤的なものづくりから試行錯誤レス（トライレス）への移行が促進される．
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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
前年度の結果に基づき，三点曲げ試験装置を用いて曲げ応力と引張応力を同時に自動負荷できるように装置の改良を試みた．まず，曲げ荷重によって生じるたわみ角を有する試験片端部において試験片断面部に対して垂直負荷できるように，装置を「三点曲げ」から「四点曲げ」に変更した．これを用いることにより，曲げ荷重に加えて引張荷重を試験片に与えることで試験片断部における引張応力と圧縮応力の比率を変化させ，これが変態塑性挙動及ぼす影響について実験的に調べることが可能となった．得られた結果を基に研究代表者らが提案した静水圧依存型熱弾塑性構成式の妥当性を検討した．その結果，S45C鋼のパーライト変態およびSCM440鋼のベイナイト変態に対して，引張荷重の増加に伴う変態塑性係数の低下を静水圧応力依存型の構成式で表現されることを示した．
さらに前年度からの継続課題であった加熱・冷却状態で引張・曲げ応力を板材に負荷できるホットプレス過程を模擬した試験装置を試作し，引張・曲げ応力下での冷却実験中に生じる変態塑性挙動を計測した．最大引張応力を降伏点以上にするため，試験装置に大幅な改良を施すとともに試験片の寸法を小さくした．これにより，引張予塑性ひずみが変態塑性挙動に与える影響について明らかにし，予塑性変形を考慮した変態塑性構成式の構築を提案した．ただし，現状では実験結果に大きなばらつきが生じており装置の更なる改良が必要である．また，提案した構成式を汎用有限要素解析ソフトAbaqusにコーディングし，構成式の妥当性を検討することも必要となる．これらは次年度以降の課題である．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き加熱・冷却状態で引張・曲げ応力を板材に負荷できるホットプレス過程を模擬した試験装置の改良を目指す．さらにS45CおよびSCM440に対して様々な冷却速度において加熱・冷却実験を行い，提案した弾塑性・変態構成モデルが他の変態挙動に対しても適用することが可能か検討する．現時点では実験結果にばらつきが生じている．この原因として，単軸引張荷重を与える際にねじり応力が重畳されていることが推測される．そこでこれを改善することによりホットプレス過程のみならず，熱間圧延過程を模擬することも可能となり，より実現象に近い状態下での変態塑性挙動を把握することが出来る．
一方，引張予塑性ひずみが変態塑性挙動に与える影響を考慮した構成式を汎用有限要素解析ソフトAbaqusにコーディングする．現時点でコーディングはほぼ終了しているが，試験条件によっては解析エラーが発生しているためデバッグ作業が不完全な状態にある．単軸試験結果より得られた各種材料パラメータを基に得たシミュレーション結果と実験結果と比較・検討することで構成式の高度化とともに，ホットプレス過程の変形シミュレーションの確立を目指す．
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| Causes of Carryover |
H28年度未使用額として346,558円が生じた．これは交付申請書に記載した「変位計測装置」および「データロガー」を同研究室内の他の研究予算で購入したものを流用したために，H28年度は支出していないことが大きい．また，「試験片」の一部を本大学で自作加工したために安価となったことも一因である．ただし，解析用ソフトウエアは単年度のライセンス更新契約となっているため，H29年度は同解析用ソフトウエアの年間ライセンス料金として673千円，必要となる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は同解析用ソフトウエアの年間ライセンス料金として673千円必要となる．また，今後の研究の推進方策にも示したように，実験結果のばらつきを減少させるために試験機へ改良するための部品を購入予定である
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Research Products
(2 results)
