2014 Fiscal Year Annual Research Report
高強度鋼の特性向上をもたらすミクロ組織形態の最適設計法の開発
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25709002
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フェーズフィールド法 / 結晶塑性解析 / 有限要素法 / 鉄鋼材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、マルチフェーズフィールド法による鉄鋼材料中のミクロ組織形成の予測、微分幾何学や位相幾何学に基づくミクロ組織の3次元形態評価、均質化法に基づく結晶塑性有限要素法や結晶塑性FFT法と最適化法を融合し、数値シミュレーションを援用した高強度鋼の強度や成形性を向上させるミクロ組織形態の最適設計を可能とすることを目的している。
平成26年度の研究は、平成25年度の実績報告書に記載した通り、実用的な多元合金鋼（例えば、Fe-C-Mn合金やFe-C-Mn-Si合金)におけるオーステナイト→フェライト変態のシミュレーションを可能とするために、合金熱力学データベースであるThermo-Calc.と連成した計算が可能なマルチフェーズフィールド法のプログラムを構築した。また、マルチフェーズフィールド法で予測されるフェライト相の3次元形態に基づきDual-phase鋼の弾塑性変形挙動を解析するための結晶塑性FFT法を用いたシミュレーション手法を開発した。さらに、鉄鋼材料のミクロ組織情報と成形性との関係を解析するための結晶塑性有限要素法による数値二軸引張試験および材料モデル（降伏関数）の同定とそれを用いた成形シミュレーション方法を開発し、基礎的検討としてアルミニウム合金板材への適用を行った。さらに、本方法を鉄鋼材料へ適用する研究に着手した。
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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
平成26年度の研究では、（１）実用多元合金鋼におけるオーステナイト→フェライト変態のシミュレーションを可能とするために、合金熱力学データベースと連成した計算が可能なマルチフェーズフィールド法のプログラムの構築、（２）マルチフェーズフィールド法で予測されるフェライト相の3次元形態に基づきDual-phase鋼の弾塑性変形挙動を解析するための結晶塑性FFT法を用いたシミュレーションとミクロ組織形態のトポロジー評価、および（３）ミクロ組織情報より金属材料の成形性を予測するための均質化結晶塑性有限要素法による数値二軸引張試験および材料モデリングを実施した。
（１）については、平成25年度までの研究で構築したFe-C合金におけるオーステナイト→フェライト変態を表すマルチフェーズフィールドモデルを改良し、Fe-C-Mn合金におけるオーステナイト→フェライト変態の１次元シミュレーションを可能とした。特に、合金熱力学データベースであるThermo-Calc.より得られる化学的自由エネルギーを取得しながらマルチフェーズフィールドシミュレーションが可能となった成果は重要であると考える。
（２）については、平成25年度末ごろの研究で結晶塑性FFT法を用いたDP鋼の変形シミュレーションは可能となっていたが、平成26年度においてはDP鋼中のミクロ組織形態を微分幾何学や位相幾何学により定量評価が可能となったことも、本研究の目的達成にむけて大きな成果である。
（３）については、マルチフェーズフィールド法を用いたシミュレーションまたは実験などにより得られる材料中のミクロ組織情報に基づき材料の成形性を評価可能とすることを目的とし、結晶塑性有限要素法による数値二軸引張試験およびその結果に基づく材料モデリング（降伏関数の同定）方法を開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究も、当初の計画通り推進する。そのための推進方法は以下の通りである。
（１）合金熱力学データベースThermo-Calc.と連成したマルチフェーズフィールド法のプログラムをさらに発展させ、Fe-C-Mn合金やFe-C-Mn-Si合金におけるオーステナイト→フェライト変態の２次元および３次元シミュレーションを可能とする。ただし、Thermo-Calc.との連成計算は計算コストが大きいため、GPUなどの並列計算手法を用いてシミュレーションの高速化を行う必要があると考える。
（２）結晶塑性FFT法を用いたDP鋼の変形挙動シミュレーションについては、これまで実験的検証を行っていない。したがって、シミュレーションの精度向上のため、鹿児島大学との共同研究を行い実験的なDP鋼中のミクロ組織の3次元形態評価およびデジタル画像相関法を用いた解析を行い、シミュレーション結果の検証を行う予定である。
（３）平成26年度に開発した、結晶塑性有限要素法による数値二軸引張試験およびその結果に基づく材料モデリング方法を、本研究で対象とする鉄鋼材料に適用する。すでに適用を開始しており、極低炭素鋼板(IF)鋼などの単相材料への適用可能性を検証したのち、DP鋼などの多相鋼へ適用する予定である。本シミュレーションの実験的検証については、東京農工大学にある二軸引張試験装置や成形試験装置を用いて実施する計画である。
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| Causes of Carryover |
計画していた国際会議での発表ができなかったため、次年度予算額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度予算額は、研究成果発表のための学会参加登録費に使用する。
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