2012 Fiscal Year Annual Research Report
リバース４Ｄ材料エンジニアリングによる材料開発プロセス革新
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24226015
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
戸田 裕之 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70293751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
BATRES Rafael 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10155161)
桑水流 理 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40334362)
小林 正和 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20378243)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 放射光CT / 延性破壊 / 低サイクル疲労 / イメージベースシミュレーション / 有限要素法 / メタモデル / 逆シミュレーション手法 / アルミニウム |
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| Research Abstract |
AC4CH-T6アルミニウム合金の疲労強度試験のSpring-8におけるCT観察，ならびに2024アルミニウム合金の引張試験下でのその場CT観察を行い，材料中に変形初期から存在する水素ポアと延性の関係を与える3D画像セットを取得した。取得した3D画像データは研究室内で開発した定量解析ソフトウェアによる4D画像解析も行った。
次に，SPring-8で取得した3D材料組織画像を忠実に再現するイメージベース有限要素シミュレーションのモデル作成を行った。CT画像のデータ処理方法の検討を行った結果，ノイズ除去フィルタが必須であることが確認でき、粒子を考慮したモデリングが可能であることがわかった。アルミニウム母材とシリコン粒子の材料特性を取得するため、超微小硬度試験を実施した。その実験結果に合わせて、有限要素解析による材料同定を試行したところ、大まかな材料特性を取得することに成功した。また、大規模解析を行うため、PCクラスタを導入し、並列計算環境を整備した。H25年度の計画を先取りして水素ポアの3D形状を忠実に再現したイメージ有限要素シミュレーションを行い，材料内部のポアの配列を計算機内で変える事で材料の延性にどのような影響を与えるかをパラメトリックに評価できた。
この他，最適化手法の検討も行った。パラメータ推定において，従来手法と比べ同等の精度で，かつ推定コストを抑えたパラメータの推定手法について調査した。調査の結果を踏まえて，逆シミュレーション手法によるパラメータ推定方法を提案した。また，逆シミュレーション手法を検討するために最適化・統計ソフトを導入し，必要な計算環境を整備した。
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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
H24年度研究計画では、3D/4Dデータ粗視化の各手法の長所、短所を検討するとともに、イメージベースシミュレーションではデモンスト レーター研究の3D画像を用いて解析モデルを作成に着手すること、そのためのデモンストレーター研究をSPring-8のBL20XUで行うとしていた。SPring-8におけるイメージング実験は、所定の内容を成功裏に達成することができ、明瞭で空間分解能の高い3D画像セットを十分な枚数取得することができた。また、平成25年度に計画していた4D画像解析も先行して実施することができた。イメージベースシミュレーションでは、上記デモンストレーター研究の3D画像を用いて解析モデルを作成するだけではなく、平成26年度に計画していたイメージベース有限要素シミュ レーションの実施を先行して行うことができた。総じて、申請書の計画を前倒しで実施しており、計画以上の進捗があると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
SPring-8におけるデモンストレーター実験においては、成果公開優先制度を利用したビームタイムの有償利用に加え、競争的なビームタイム申請による実験時間の確保も行い、確実に3D画像データが取得できるようにする。また、 材料工学、X線光学、シミュレーション技術、情報工学の知見を結集し、各分野の個別研究では到底達成できない全く新しい科学技術の創成を目指すと の本研究の趣旨を具現化するため、より頻繁な2グループ間の交流、および参加全グループによる研究報告会を行う。特に、イメージベース有限要素モデルの作成では、担当者間の交流によりノウハウを共有し、作業の迅速化を徹底する。
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