2018 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 |
本年度は、本研究の最終目的である金属の結晶組織の不均一性に起因する材料強度発現のメカニズムを解明するために、ミクロ構造を考慮可能なマルチスケールき裂進展解析手法のプロトタイプを開発した。まずマクロスケール解析として小規模降伏状態を仮定した試験片の弾性解析を実施し、き裂先端周辺のマクロ変位場を求めた。次に、得られたマクロ変位場をき裂先端の局所領域内の多結晶体を想定した有限要素モデルに付加し、ミクロスケール解析として結晶粒の異方性や結晶粒界の局所的な応力集中部を考慮したき裂の進展解析を実施した。最後に、ミクロスケールにおける不均一性によって減速と加速を繰り返すき裂の進展速度を平均化することで、マクロスケールにおけるき裂進展速度として算出した。
開発した手法の検証のために水素脆化によるき裂進展の問題に適用し、応力拡大係数とき裂進展速度の関係が実験結果と定性的に一致することを確認した。ここで、応力拡大係数とはき裂先端における応力場（もしくは、変位場）の勾配の大きさを表す破壊力学パラメータである。また、結晶すべりが開始される応力値を表す初期すべり抵抗の違いによって、応力拡大係数とき裂進展速度の関係が変化することを確認した。具体的には、降伏応力が小さい材料ではき裂が安定的に成長する段階においては、結晶すべりによってき裂の進展速度が遅くなり、ほぼ一定値となった。これに対して、降伏応力が大きい材料ではき裂の進展速度は応力拡大係数の増加に伴って大きくなった。このことから、本研究の目的である結晶組織の不均一性を反映したき裂進展速度をマクロスケールの値と得られることが可能になったと考えている。
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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、本研究の目的である結晶組織の不均一性を反映したき裂進展速度をマクロスケールの値と得られることが可能になったため、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度実施した数値解析例においては多結晶体の一部の粒界のみにき裂が進展することを仮定しているため、今後は任意の位置におけるき裂の発生と任意方向へのき裂の進展を再現できるように開発した手法に改良を加える。具体的には、昨年度開発した「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」をミクロスケールにおける解析に導入する予定である。
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