2018 Fiscal Year Annual Research Report
Topology optimization of metallic polycrystalline microstructure to improve strength and deformability
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16H04394
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
加藤 準治 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00594087)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高瀬 慎介 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 講師 (00748808)
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジー最適化 / マルチスケール解析 / 結晶方位 / 異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「結晶金属材料の強度と延性を両方同時に改善することは不可能である」と考えられていたが，近年「異なる結晶粒径から成る多結晶構造によってそれが克服される」ことが実験的に示された．しかし，その肝心のメカニズムは未だ解明されていない．本研究は，数値的均質化法をベースに多結晶構造が発現する強度と延性に関する微視的なメカニズムを解明し，さらに トポロジー最適化理論によって強度と延性を同時に最大化することが可能な最適多結晶構造を見い出そうとするものである．それに基づいて，次世代型の機能性材料設計・開発手法を提案するのが本研究の目的である．
それに関連して当該年度は，主に2つの課題を目的として研究を推進した．まず，ひとつ目は強度と延性を同時に最適化する手法の枠組みづくりである．ただし，フェーズフィールド法に結晶塑性論を導入して最適設計をするのは計算コストが膨大となり実用性を欠く結果が予め想定できるため，本研究では結晶粒の大きさと配置を，個々の結晶粒の大きさと材料体積制約を課しながら最適化する手法を開発した．もう一方は，結晶方位を考慮した最適化問題の解法を整理した上で，時間発展方程式の中に目的関数として設定したひずみエネルギー密度関数を挿入しない新しい手法の枠組みを提案した．この手法は，フェーズフィールド法本来の概念とは異なるもので，最適設計側の立場から開発を進める実用的な方法である．この手法はexplicit multi-phase field法と名付けて今後さらなる開発が期待される手法である．
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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