2017 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Practical CAE System Predicting Mechanical Properties of Advanced Materials on the Basis of Microstructures
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16H06059
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青柳 吉輝 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70433737)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 最先端材料 / 力学特性 / CAE / 塑性論 / マルチスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
降伏点降下を示す強圧延加工された微細粒アルミニウム板材に対し，実験的に測定した結晶組織を考慮した結晶塑性論に基づく有限要素解析を行った．実験では単軸引張試験によって基礎的力学物性を測定し，EBSD測定によって材料微細組織の情報を得た．また，二軸引張試験によって等塑性仕事面の形状を測定した．一方，数値解析では，実験で測定した結晶方位情報に基づいて二軸引張試験を想定した結晶塑性有限要素解析を行った．数値解析における等塑性仕事面の変化について材料の微視組織観察および単軸・二軸引張試験の結果と比較検討したところ，概ね良い一致が見られた．数値解析の結果が実験結果の等塑性仕事面と差が見られた箇所に関して，実験の高精度化や解析での境界条件の調整などによって改善が見込まれる．
また，熱プレス成形によって異方性を有するポリプロピレン板を作製し，単軸引張試験および二軸引張試験の結果から結晶性熱可塑性高分子材料の降伏曲面を測定することに成功した．金属材料と比較して，二軸応力条件下で降伏応力の著しい低下が見られた．これは静水圧応力の上昇に伴って，高分子材料特有の欠陥である自由体積密度が増加したことが考えられる．数値解析では静水圧応力依存性の硬化則を適用した高分子塑性モデルを用いて，二軸引張試験を想定した数値解析を行った．数値解析においても，二軸引張条件下での降伏応力の低下が見られた．
さらに，汎用構造解析用ソルバRADIOSSに使用可能なサブルーチンを開発した．本サブルーチンでは，先の材料微細構造に基づく降伏関数を適用することができる．平成29年度は最も単純な立方体形状の超微細粒アルミニウムの引張変形に対する巨視的スケールの解析を行い，実験と同様の力学異方性が発現することを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，微細粒金属材料および高分子材料の降伏曲面を実験的に測定することが可能となった．数値解析では材料の微細組織に基づいて巨視的な降伏関数を，遺伝的アルゴリズムを用いて関数化することに成功しており，順調に数値解析を行うことができたといえる．また，平成30年度に開発する予定であった汎用構造解析用ソフトウェア用のユーザサブルーチンのプロトタイプが平成29年度中にすでに完成しており，超微細粒アルミニウムに対する力学異方性を再現することに成功している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度までに開発した汎用構造解析ソフトウェア用のサブルーチンの精度をより高めるために，強圧延アルミニウム板および熱プレス成形ポリプロピレン板ならびにCFRTP板の引張試験，圧縮試験および二軸引張試験を行う．得られた結果に基づいて開発したCAEシステムを改善することによって実用レベルまで引きあげる．射出成形によって二軸引張試験用の試験片を作製するのは困難であるため，ポリプロピレン板およびCFRTP板は繰返し熱プレス成形によって作製する．本解析で得られる様々な材料組織および負荷条件での数値解析の結果から，数値パラメータと材料の微視組織の影響因子を関連づけて関数化する．同定した降伏関数を用いた巨視的FEMシミュレーションによって，深絞りなどの実際の加工を想定したシミュレーションを行う．実験や文献等の結果と比較し，実現象が再現できていないようであれば，最適な降伏関数へと改善を施す．本研究では，材料の微視組織に基づく力学挙動を予測するマルチスケール解析の結果に基づいて，加工，利用をシミュレートすることが可能な実践的CAEシステムを構築することを最終的な目的とする．
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Research Products
(11 results)
