Characterization of mechanical properties based on interaction of plastic strain field in neighboring indentation test

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01220
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Watanabe Ikumu 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 押し込み試験 / 金属塑性 / 非線形有限要素法 / 結晶塑性 / 数値シミュレーション / 逆解析

Outline of Final Research Achievements

Computational methods for the characterization of mechanical properties using instrumented indentation test were upgraded in this study, for which a new concept of neighboring indentation tests was proposed. The new approach was based on the interaction effect between preceding and subsequence indentations. Furthermore, in the estimation, the constitutive model of an alloy was upgraded to characterize the crystallographical anisitropy and high plastic strain-hardening. The developed methods could successfully estimate the stress--strain curves of both Al alloys and a stainless steel in the demonstrations.

Free Research Field

計算力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

データ駆動材料研究・開発のためには，簡易・大量にデータを評価する手法が不可欠であるが，一般的な力学特性の評価手法である引張試験は時間・労力を要する。開発手法は，試験片加工を要せずに微小試料から引張試験相当の応力-ひずみ関係を取得できる。既存手法では，鉄鋼やNi基超合金のような高強度材料において，評価精度が低かったが，本研究では新たな実験データを追加することなく，評価性能を向上させた。また，圧痕の変形状態の評価も不要であり，荷重-変位関係のみから力学特性を評価できる。既に，積層造形体における力学特性の不均一分布の評価や組成傾斜試料と組み合わせたハイスループット実験への適用事例が創出されている。