2022 Fiscal Year Research-status Report
金属板のスプリングバックにおける時間非依存成分・時間依存成分の解明とそれらの抑制
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22K04760
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
日野 隆太郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10283160)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超高張力鋼板 / アルミニウム板 / 正の応力緩和 / 負の応力緩和 / バウシンガー効果 / 見かけのヤング率の塑性ひずみ依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画に記載された4つの実施内容（①曲げ試験におけるスプリングバックの時間非依存成分・時間依存成分の観察，②基本的材料特性の取得，③材料モデルの検討と時間依存スプリングバック解析，④時間依存スプリングバック抑制法の検討）のうち，2022年度は②について多くの材料試験を実施するとともに，①の実験準備に着手した．
供試材として1180MPa級の超高張力鋼板118Y（二相鋼，板厚1.2mm）およびアルミニウム板A1050-O（板厚2.0mm）を選定した．これらの供試材について単軸引張りにおける各種物性値と変形抵抗曲線を取得するとともに，スプリングバックの時間非依存成分を予測するうえで重要なバウシンガー効果および見かけのヤング率の塑性ひずみ依存性を調査するための引張り・反転圧縮試験および繰り返し引張り・除荷試験を実施した．さらにスプリングバックの時間依存成分と強い関連を持つと思われる応力緩和特性を調査するため，通常の応力緩和試験に加えて単軸引張り後に様々な応力レベルまで除荷した後の応力緩和試験を行った．
これらの実験の結果，(1)118Y材が顕著なバウシンガー効果を示すのに対しA1050-O材のバウシンガー効果は弱いこと，(2)両供試材とも塑性ひずみの増加に伴い見かけのヤング率が低下し，やがて収束する傾向があることが確かめられた．また(3)両供試材とも単軸引張り後の応力緩和では正の緩和（応力減少），単軸引張り・完全除荷後の応力緩和では負の緩和（応力増加）を示し，単軸引張り後にある程度除荷してからの応力緩和では緩和なし（ほとんど応力が変化しない）となることがわかった．さらに(4)緩和試験において応力変化が生じなくなる除荷応力レベルは，バウシンガー効果の強い118Y材では高く，バウシンガー効果の弱いA1050-O材では低かった．とくに(3)と(4)は今年度に得られた重要な知見である．
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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
2種の供試材について，基本的な材料特性（応力-ひずみ関係，応力緩和特性，バウシンガー効果，見かけのヤング率の塑性ひずみ依存性）を一通り調査することができた．とくに応力緩和特性について，単軸引張り後にある程度除荷してからの応力緩和では，除荷応力レベルの低下に伴って緩和挙動が正の緩和（応力減少）から負の緩和（応力増加）に切り替わること，この切り替わり点の条件下では緩和による応力変化がほとんど生じないこと，この切り替わりの除荷応力レベルの高・低が材料のバウシンガー効果の強・弱と対応しているとみられることなどが確認された．これらの知見が得られたことは今後の材料モデル検討に向けての重要な進展である．一方，時間非依存・時間依存スプリングバックを実測するための曲げ試験に関しては準備段階にある．以上の状況から，おおむね順調な進展であると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に得られた供試材の諸特性（応力-ひずみ関係，応力緩和特性，バウシンガー効果，見かけのヤング率の塑性ひずみ依存性）を記述できる材料モデルの検討とその材料パラメータ決定を行う．現時点では移動硬化を考慮した，過応力理論に基づく統一型構成式をベースとして検討を行うことを想定している．またこの構成式を用いたスプリングバック解析にも着手する．まずは均等曲げを想定した簡易解析により解析の妥当性を確認する．この解析で重要なことは，スプリングバックの時間非依存成分・時間依存成分双方の表現性を確保することである．併せて応力緩和試験も必要に応じて実施する．とくに引張り・除荷・反転圧縮後の緩和特性や，ひずみ速度や温度を変更した条件下での緩和特性について調査したい．これは上述した材料モデルの検討において，その高精度化に必要なデータを得るための実験として位置づけられる．
また，2022年度に準備に着手した曲げ試験を並行して実施する．具体的には，折り曲げ試験やドローベンド試験におけるスプリングバックの時間非依存成分・時間依存成分を詳細に観察する．離型に伴うスプリングバック後の放置時間（時間依存スプリングバック現象の継続観察時間）は2日程度を想定している．曲げ半径，加工速度，下死点保持時間といった種々の条件と時間依存スプリングバックの関係にも注目して調査を行う．
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| Causes of Carryover |
当初，2022年度に曲げ試験における角度・曲率計測のためのレーザ変位センサを購入する予定であったが，応力緩和試験などの材料試験を優先的に実施したため曲げ試験は準備に着手した段階にとどまっており，まだ計測機器の購入に至っていないことが主たる理由である．また，もう一つの理由として試験片加工費の多くを別財源から支出できたことも挙げられる．次年度は，曲げ試験実施に向け当初予定どおりのレーザ変位センサか，あるいはカメラ・デジタル画像計測システムのいずれかを導入するために次年度使用額を充当することを計画している．
2023年度分として請求した助成金は，当初予定どおり，曲げ試験・応力緩和試験などの試験片加工費，各種の実験用消耗品費，国際会議（ICTP2023）参加旅費などに使用することを計画している．
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