2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of the analysis on nanoindentation to evaluate mechanical properties using computational science
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22K04701
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
赤津 隆 東京工科大学, 片柳研究所, 教授 (40231807)
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2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | ナノインデンテーション / 熱応力 / 残留応力 / 弾性率 / 降伏応力 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではコンピュータサイエンスを活用し、様々な状況下におけるインデンテーションをシミュレーションすることにより、局所領域の力学特性評価法であるナノインデンテーション法の適用範囲の拡大を目指すことを目的としている。令和５年度は、等２軸予応力を受ける固体に、その応力と垂直にインデンテーションを行った場合、等２軸予応力がインデンテーションに及ぼす影響を定量的に調べた。これは、基板上の薄膜に対し、基板との熱膨張ミスマッチにより薄膜に生じる熱応力を想定したものである。その結果、ナノインデンテーションで得られる弾性率と降伏応力は等２軸予応力によって大きく変化することが分かった。弾性率は３次元のHooke則、降伏応力はMises応力を考慮することでその変化を説明することができることを明らかにした。等２軸応力が表面変形（sinking-inやpiling-up）には大きく影響しないことが分かった。薄膜のような平面応力近似が成立する上で、等２軸予応力方向と平行な方向からのインデンテーションも併せて行うことができれば、等２軸応力を推定できることを明らかにした。
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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
令和４年度は粘弾性体、令和５年度は等２軸予応力を受ける固体、と通常のナノインデンテーション法では解析できない問題に対し、力学特性を導出する新たな解析方法を提案できた。このとこによって、局所領域の力学特性評価法であるナノインデンテーション法の適用範囲を拡大することができた。ほぼ計画通りに進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのナノインデンテーション解析法は対象が均質等方体であることを前提としている。しかし、局所領域において、均質等方近似が成立する可能性は、通常低くなる。令和６年度は弾性率に異方性がある固体へのインデンテーション挙動の解析に取り組む。このことにより，例えば多結晶体中の１つの結晶粒子に対するインデンテーション挙動のようなものでも、解析可能になることが期待できる。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予定通り予算執行したが、405円だけ次年度使用額が生じた。令和６年度の研究費と合わせ物品費等で使用する予定である。
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