2023 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, マテリアル基盤研究センター, 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 |
押し込み試験を用いた新しい力学特性の評価手法として，これまで押し込み試験において避けられてきた近接して押し込み試験を行うことで生じる先行試験と後続試験の塑性ひずみ場の干渉作用を，数値シミュレーションと数理最適化法を用いることで処理し，塑性特性を抽出する新しい手法を開発している。プロジェクト後半では，微小スケールを対象とした押し込み試験へ適用するために，結晶学的な異方性を考慮できる構成モデルを商用有限要素解析プログラムへ実装し，実験と比較することで，手法の適用性を評価している。本年度は，昨年度までに実装が済んだ結晶塑性構成モデルの検証と拡張に取り組んだ。
①構成モデルの改善：単結晶体への押し込み試験において圧痕周辺には異方的な変形が確認できる。実験と数値シミュレーションを比較することで，結晶塑性構成モデルにおけるすべり系間の相互干渉作用に関する材料定数を同定できると考えた。そこで，実験的に面心立方結晶構造であるAl合金と鉄系合金に対して，結晶方位を計測した後，押し込み試験を行い，圧痕周辺の変形状態を計測した。また，数値シミュレーションを用いて，対応する材料定数を逆解析した。ここでは，単純な自己／潜在硬化の他，転位動力学解析によって評価された複雑な相互作用行列を用いたモデルも採用した。今回の対象材料において，単純なモデルであってもある程度の変形状態を再現でき，複雑な相互作用行列を適用したとしても有意な再現性向上を確認できなかった。
②近接押し込み試験による粒界の影響評価：先行と後続の押し込み試験の間に結晶粒界がある状態で近接押し込み試験を行い，その影響を抽出した。前述のAl合金と鉄系合金に対して粒界を挟んで近接押し込み試験を行い，粒界をはさんだ場合，塑性ひずみ場による干渉作用が弱まるという結果を得た。対応する数値シミュレーションを行い，結果を再現するためのモデルを検討した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
Asia Research News 2024にて特集された。
https://www.asiaresearchnews.com/magazine/2024
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