2017 Fiscal Year Research-status Report
材料強度発現のメカニズム解明のための金属組織を考慮したマルチスケールき裂進展解析
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17K17627
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
新宅 勇一 筑波大学, システム情報系, 助教 (80780064)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 破壊力学 / 計算力学 / 結晶塑性 / 異方性損傷モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究を成功させる1つのカギは「金属材料の破壊プロセスを如何に正確に表現するか」であり、このプロセスをどこまで正確に表現できるかによって最終的な材料の強度評価の精度が決定される。そこで、採択者が提案している結合力埋込型構成則を応用し、金属材料のミクロ・スケールにおける結晶格子の異方性弾性変形・結晶すべりによる異方性塑性変形・へき開面の破壊を表現した微視的メカニズムに基づく材料構成則の開発を行った。これにより、結晶方位毎に異なる変形プロセスを弾性から塑性、そして最終的な破断に至るまでの過程を、微視的メカニズムに着目することで無用な近似を行うことなく、網羅的にシミュレート可能とした。
一方、ミクロ・スケールにおける材料構成則の開発と並行して、金属材料の基本的な材料特性を取得するために、単調載荷および2つのひずみ振幅における繰り返し載荷を負荷したノッチ付き丸棒の試験を実施した。さらに、材料の破壊プロセスに大きく影響すると考えられる応力三軸を考慮するために、試験片のノッチ半径を3パターンに変化させた。これら計9パターンの実験結果と数値解析の比較から、応力三軸度は塑性変形自体には影響しないが、最終的な材料強度に大きく影響することを確認した。
以上の結果として、前述の材料構成則は既に学会発表を行い、論文の執筆まで終えている。また、後述の実験結果につては学会発表を予定しており、さらに破面を電子顕微鏡で観察することでミクロの情報を取得するつもりである。
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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
前述のように数値解析に関してはミクロ・スケールにおける材料モデルの構築にとどまっており、マクロ・スケールまで至っていないが、既にこれら2つのスケールをつなぐための検討は開始している。一方、実験に関しては当初の予定通り、基礎的な材料物性の取得は完了したので、今年度は本実験を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、構築したミクロ・スケールにおける材料モデルの解析からマクロ・スケールの見かけ上の材料強度を評価するための新たなマルチスケール解析を開発する予定である。それに先んじて、現在はより単純なマルチスケール解析を用いて本研究で対象とする破壊現象とその代表寸法の関係について調査している。この結果に基づいて本研究の破壊現象を取り扱うのに最も適したマルチスケール解析を構築する予定である。また、構築した解析手法の精度検証を行うために、前述の通り今年度から材料の破壊靭性値を測定するための実験を行う。
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| Causes of Carryover |
当初計画では本実験のための装置を初年度に開発する予定であったが、予算削減にともなって装置の設計を見直す必要が生じた。これによって、初年度は予定していなかった実験装置の設計に時間を要してしまい、それを作成するのに必要な物品を調達できず、既製品である冶具のみを購入するにとどまった。そのため、本年度以降に随時必要な物品の購入を行う予定である。
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