2021 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of mechanical properties based on interaction of plastic strain field in neighboring indentation test
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21H01220
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 押し込み試験 / 数値シミュレーション / 逆解析 / 結晶塑性構成モデル / 非線形有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近接領域に押し込み試験を行った場合，先行試験が作り出す塑性ひずみ場の影響が後続試験に現れる。一般に，この干渉を避けるために，十分に間隔を開けて試験が行われる。本研究では，押し込み試験において，避けられてきた近接領域への試験による塑性ひずみ場の干渉作用を数値シミュレーションと連携することによって抽出・活用する。
本研究で開発する基盤手法である近接領域に押し込み試験を実施し，塑性ひずみ場の干渉作用から応力－ひずみ関係を抽出する手法を開発した。既に提案している圧痕周りのパイルアップを用いた手法と比較し，同等の評価精度があることを示した。この成果を国際学術雑誌Sci. Tech. Adv. Mater.: Methodsにおいて出版した。
また，押し込み試験では単純なひずみ速度非依存構成モデルが使用されるが，試験条件によってはひずみ速度依存性が現れる。そこで，ひずみ速度依存構成モデルを定義するとともに，押し込み試験を数値シミュレーションで再現できることを示し，その材料定数を押し込み試験によって評価する指針を示した。この成果を国際学術雑誌Crystalsにおいて出版した。
押し込み試験の数値シミュレーションでは圧子と試料の接触を計算する必要があるため，結晶塑性構成モデルを用いた場合，数値シミュレーションを安定的に実施できない。そこで，結晶塑性構成モデルを用いた数値シミュレーションのために，動的陽解法有限要素解析ソフトウェアへユーザー拡張機能を用いて実装した。接触を含む多結晶体の変形シミュレーションを実施し，実験を再現できることを示した。この成果を国際学術雑誌Int. J. Adv. Manuf. Tech.において出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の基盤となる近接押し込み試験を用いた応力－ひずみ関係の評価手法を半年前倒しで確立できただけでなく，次年度から取り組む予定であった結晶塑性構成モデルの実装も済み，それらの論文出版まで完了した。また，ひずみ速度依存性の評価に関しても成果を挙げることができた。次年度で推進予定の研究も順調に進んでおり，想定以上に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度，最終年度実施予定の手法開発も前倒しで実施可能と予想される。想定していた手法は確立できているが，実用化に向けて評価精度と効率を向上させた手法へ拡張を進める。一方，開発手法の検証のための実験計測については前倒ししたとしても時間を要するため，最終年度に実施予定としていた実験計測をできるだけ前倒しで進める。
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