2021 Fiscal Year Annual Research Report
放射光・FEMを活用した第三世代超高張力鋼の損傷挙動の解明と逆問題解析への発展
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20H02484
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
松野 崇 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (30781687)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 知子 地方独立行政法人鳥取県産業技術センター, 無機材料グループ, 主任研究員 (00587644)
渡邊 育夢 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (20535992)
北條 智彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50442463)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | TRIP鋼 / 微視的解析 / 放射光 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題ではTRIP型鋼を対象に放射光回折により測定された相応力を入力とした有限要素シミュレーションを行い，シミュレーションと観察結果とを対応づけることで微視的な力学破壊条件を同定する．
2021年度においては昨年度に取得した3次元金属組織像を画像処理することで各相を区分けし，有限要素シミュレーション用にマルテンサイトと残留オーステナイトの2相により構成される代表体積要素メッシュを作成した．メッシュ数が多く現実的な計算時間に収まらないため，代表体積中の2相の形態をその特徴を損ねないように簡素化することを現在試みている．
さらにシミュレーションと比較を行う破断部の3次元像も取得した．この 3次元像は電子顕微鏡内で変形させてその表面の微視的な破壊挙動を観察した後，さらに観察部位をFIBにより削り込むことで内部の破壊部位まで撮像したものとなる．このSEM像と2020年度の放射光測定を組み合わせ，対象鋼材においては微視的に数百％の塑性変形が生じること，および残留オーステナイトが周囲のマルテンサイトより極めて高い引張を受けることで破壊の起点となることが明らかとなった．
2020年度のナノ硬さ試験の結果を合わせ，本研究課題の目的である破壊条件とTRIP鋼の構成相の変形抵抗を導出する基礎的なデータは揃えられた．2022年度においてはこれらのデータを用いてシミュレーションを実施し，本研究課題の目的である微視的な力学破壊条件を明らかとする．
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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
2021年度に予定をしていた全ての実験は終了し，シミュレーションを残すのみとなった．当初の計画では2021年に実験結果を参照とする有限要素シミュレーションを実施する予定であったが，2021年度実施するには至っていない． 3次元モデル用の画像のノイズが想定よりも多く手動での画像処理に時間を要したこと，および微視組織の形態の複雑さゆえに元々の形状をそのまま有限要素シミュレーション用のメッシュに変換した場合に非現実的に大きなモデルとなってしまうことがその理由となる．
上記の課題は解決の目処がついたため，2022年度においてその遅れを取り戻すべくシミュレーションを進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は最終年度となる．本年度においては10μmの立方体としてTRIP鋼の実金属組織をモデル化したものに対して引張変形の有限要素シミュレーションを実施する．ここで，TRIP鋼中の 2相の変形抵抗が未知であるが，これを放射光により測定した各相の静水応力と体積率の推移，および引張サンプルの透過像より導出した巨視的な平均ひずみを参照に同定する．
ここで同定された変形抵抗を入力とし，さらに SEM内変形試験により観察された微視的な破壊を再現するように力学的な破壊条件を導く．表面の観察結果を再現する2次元解析によりまず仮の破断条件を同定し，さらに破断後の観察部位の 3次元像（2021年度の成果）を再現するものとして 真の破断条件を明らかにする．この解析に際し，観察された表面の変形履歴を用いた逆解析に挑戦をする．
これらの結果をもとに，本課題では挑戦的な取り組みとした破断後の組織像から初期状態を再現する手法（逆解析手法）の確立を2023年度以降のテーマとして新たに立案する予定である．
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