2021 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, 自然科学学域, 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 / 集合組織 / 塑性異方性 / スプリングバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，純アルミニウム材料に対し，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の検証をアルミニウム圧延解析において行った．また，同時に構築した解析ツールを用いた多結晶の降伏曲面の計算を行った．この降伏曲面の検討は，プレス成形解析で必要な降伏曲面形状の検討（異方性の有無）に必要な情報であるとともに，スプリングバック解析に必要な弾性－弾塑性変形の判定や，塑性異方性の評価に必要となるデータであるため，降伏曲面のモデリングに必要なデータとなる．
圧延解析においては，80%圧下を受ける純アルミニウム圧延変形における結晶方位変化を安定的に計算し，有限要素法で計算不可能なTaylor方位以外の計算が得られた．この時の方位変化については，LathモデルやPancakeモデルなどに代表される圧延材料の面内せん断変形を緩和する速度勾配テンソルの緩和項の設定により制御可能であるが，その計算に必要なパラメータ設定方法や値についての最適値について検討を行う予定である．
更に降伏曲面のモデリングについては，通常のFEM解析で私用されるfcc金属の理想方位であるCube方位，Cupper方位，Brass方位，S方位，Goss方位に加え，当該計算ツールで予測したDillamore方位も加えた計算を行っている．降伏曲面が示す弾性塑性判定や塑性ひずみ増分ベクトル方向などの予測も可能であるが，降伏曲面の凸性に大きく寄与するパラメータの調整方法を更にユーザーフレンドリーにするための検討（パラメータの物理的意味や関数に使用するパラメータ数の低減）を現在行っており，これについてはスピード感を増して行いたいと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定である高速演算が可能な結晶塑性解析プログラムの開発は，ほぼ予定通り完了した．このツールは，本理論で使用されている高価格なコンピュータを使用せず，高速な結晶塑性解析が可能である．その一例として，純アルミニウム板材の板厚方向に対し80%以上の多数回の強圧延変形の結晶方位変化も問題なく，短時間で計算することができた．また，現在は純アルミニウムを計算対象としているが，すべり系の多い，鋼やチタンなど，今後軽量化を目的に使用が拡大している材料への適用も行った．本ツールを用いた結晶塑性解析で得られた結晶方位は従来の有限要素解析で得られるTaylor方位のみならず，使用パラメータの設定によっては，有限要素解析が決して計算できない結晶方位の計算も可能となった．この計算を行うためのパラメータ設定が課題として残っているが，可能な限り物理的な意味を付与した形での構築を考える必要がある．結晶方位の違いが金属材料の降伏挙動に与える影響についての研究は昔から行われているものの，塑性異方性を評価するために設定されるべき初期方位の与え方や，変形が加わった際の結晶方位の取り扱いについては，十分な注意が払われておらず，強加工を受けた方位情報を用いた解析を行うことで，この解析ツールの有用性の検討を行いたい．しかしながら，コロナウィルス感染防止の為，現在，研究の遅延が起こっており，その点を考えると「やや遅れている」という評価をせざるを得ない．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策は，「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」を行う予定である．初年度開発ツールは，計算機の能力を問わず多結晶の圧延集合組織などの計算が短時間で可能であるという優れた利点も有している．また，得られた計算結果は，従来の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と，結晶方位の結果を出力することが可能である．そこで，今後はそこから得られた結果を用い，新たな降伏曲面の計算とその結果の妥当性検討を行う予定である．新型コロナウィルスのまん延状況にも依存するが，本解析ツールが計算した結果の妥当性（解の信頼性）も検討する必要も発生することが想定されるため，簡単な実験実施やその実験結果をお持ちの他機関における二軸試験の試験結果との比較も行いたい．つまり，可能な限り定量的な検討を試みる予定である．もし，定量的な面で問題がある場合は，その因子の抽出や現在構築中の降伏関数の修正を行うことで，解析精度の向上を図る．また，実験結果をもとに，降伏曲面形状はもちろん，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を行い，より汎用性の高い解析手法の構築を試みる予定である．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，余儀なく計画の途中変更と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．また，その場合は，従来の文献報告で得られている結果などを使用して，当該関数の妥当性検討を行いたいと考えている．
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Research Products
(1 results)
