2020 Fiscal Year Research-status Report
Springback analysis of metallic materials by yield surface taken into into consideration crystal orientation changes with plastic deformation
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19K05099
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
上森 武 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (70335701)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 結晶塑性理論 / 変形集合組織 / 塑性異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多結晶純アルミニウム板材に対し，圧延解析および任意の巨視的変形を加えた時の結晶方位変化（オイラー角回転）を高速に計算可能とするツール開発およびその検証を，Taylor仮説に従って行っている．この仮説は，純アルミニウム材料を構成する結晶内部の塑性変形（すべり変形）が塑性仕事増分量を最小にするように決定されるものである．特に，今年度においては，初期結晶方位をランダムとした純アルミニウムおよび初期結晶方位に実験結果から得られた集合組織データを用いた6000系アルミニウム合金の圧延に伴うβファイバーの形成について比較的安価なコンピュータで高速演算を実現した．また，この開発ツールを使用した純アルミニウム単結晶および多結晶（結晶粒数は1～数十万に設定可能）材料に対し，任意の巨視的ひずみ経路を付与した際の結晶方位変化を検討した．また，最小仕事の原理を用いた解析では，圧下率の高い圧延（80%以上の圧下）の変形集合組織も特に支障が無く計算できるため，この結果を用いた圧延集合組織を有したアルミニウム材料の降伏曲面の計算を早急に試みる予定である．また，本解析プログラムは，設定すべり系を変更することで，fcc（アルミニウムなど），bcc（鋼など）およびhcp（チタンなど）の変形も対応可能であるため，今後は，この解析ツールを用いた実験との比較（他研究機関からのデータ提出協力依頼を含めた形で）検討を行い，解析精度向上に必要な因子の洗い出しや，材料パラメータの設定を簡易化するなど，本解析ツールの有用性を向上する予定である．
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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
現在までの進捗状況としては，解析ツールの高精度化に必要な様々な検討を実行している状況である．特に今年度は，純アルミニウムおよび6000系アルミニウム合金の変形集合組織解析を行うことができた．また，「本解析ツール計算に導入した仮定をどのように汎用有限要素解析に反映するかの理論的な検討」を実施中である．この検討は既に開始していなければならない案件であるが，新型コロナウィルス感染拡大防止対策などでその点が十分に進んでいないため，早急に対応したい．また，現在開発したツールは，計算機のパワーを必要とせず，極めて汎用性の高いツールであり，有限要素解析では計算できない結晶粒数の圧延加工解析も可能である．しかし，当初予定していた得られた結晶方位結果を利用した降伏曲面の計算とその結果の妥当性検討が未だ十分でなく，早急に検討する必要がある．また，実験結果を所有する他機関からのデータご提供依頼を行うことで，可能な限り定量的な検討を試みる．もし，定量的な面で問題がある場合は，その因子の抽出および数値モデル化を行うことで，解析精度の向上を図る．以上の検討の後，降伏曲面形状やその後の塑性変形挙動に大きな影響を与える金属材料の塑性異方性発現に対しての検討，開発ツールの利点を有限要素解析に導入する．他機関所有の圧延集合組織データを使用した，様々な変形状態についての検討も視野に入れ解析およびそのツール開発を進めていく予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては，定量的予測の可否について詳細な検討を行う．現在の考え方およびそれを用いた計算結果の定性的な検討については，特に問題が無いと思われる．もし定量的な議論に問題がある場合は，その因子の抽出および数値モデル化を行うことで，解析精度の向上を図ることが可能となる．また，その際には，極点図や塑性異方性だけを検討するのではなく，得られる結果から計算可能な初期降伏曲面，その後の塑性変形挙動に大きな影響を与える金属材料の塑性異方性の発展に対しての検討を中心に行い，より汎用性の高い解析手法の構築を試みる．また，特に結晶塑性FEMでは解析可能な結晶粒数に制約があるため，その問題を克服した非常に多くの結晶粒数を入力データとした純アルミニウムやアルミニウム合金だけではなく，軽量金属を中心に他材料の検討を行うことを考えている．解析で使用する最小仕事の原理式は，結晶構造に依存しないために比較的簡単に改良が可能である．しかしながらコロナウィルス感染拡大防止の影響により，計画が途中で変更になる可能性もあるため，その点については十分注意しながら検討を行う必要がある．また，今まで得られた結果をもとに学術論文の執筆なども検討する．
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