2014 Fiscal Year Annual Research Report
インデンテーションによる動的構成式定数の導出方法の開発
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25709004
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 講師 (80582907)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | インデンテーション / ひずみ速度 / 構成式 / マルチスケール / 代表ひずみ速度 / 応答曲面法 / 有限要素解析 / 全変形速度対応型ロードセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，インデンテーションの結果から簡易的に動的強度特性（構成式定数）を導出する方法を開発することである。従来，押込試験において誤差因子として処理されたひずみ速度の影響を逆転の発想により材料強度特性として活かす試みが本研究の主眼となる。しかし，既存の微小押込試験装置は，速度を変化させて材料特性評価を行うことを想定していないため，押込速度の幅に限界がある。そこで，インデンテーションにおけるひずみ速度の物理的意味を明らかにし，マイクロからミリへの押込試験のマルチスケール化を行う。平成26年度は，下記の項目に対して研究を実施した。
（1）インデンテーションにおけるひずみ速度：本研究室で蓄積した実験データを利用し，有限要素解析によって，インデンテーションにおけるひずみ速度の概念について調査した。そこで，ひずみ速度場を平均化した平均ひずみ速度を導入し，負荷曲率のひずみ速度依存性をCowper-Symondsの式における動的構成式定数で表現できることを明らかにした。よって，本研究結果から，この平均ひずみ速度を「代表ひずみ速度」と定義した。
（2）万能試験機を利用したインデンテーション：最大5mm程度押込めるサイズの圧子を作製し，既存の万能試験装置に取り付けて実験を行った。炭素鋼を試験対象とし，実験データの蓄積を行った。
（3）高速押込試験装置の開発：万能試験機では押込速度に限界があるため，さらなる構成式の精度向上のために，応力波伝播を利用した新しい高速押込試験装置が必要となる。現在，落錘試験装置および全変形速度対応型ロードセルを組み合わせた新しい試験装置の開発が完了した。
（4）応答曲面法を利用した動的強度特性の評価方法の改善：平成25年度に確立した応答曲面法を利用した動的強度特性の評価方法について，応答曲面の作成方法を改善し，より精度の高い解析手法を取得した。
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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
平成26年度の一番の目的は，（1）インデンテーションにおけるひずみ速度の概念を決めることと，（2）マルチスケール化への実験準備である。（1）については，代表ひずみ速度の概念を導入できることを明らかにした。また，（2）につていは，万能試験装置を利用したミリオーダーの試験を開始し，順調にデータの蓄積が行われている。しかし，まだこのデータを利用して，平成25年度に開発した動的構成式定数の導出方法への適用ができていないため，平成27年度の課題である。一方，万能試験装置で実施できない高速試験に対応させるため，新しい落錘試験装置と全変形速度対応型ロードセルを組み合わせた新しい試験装置の開発は完了した。
上記の通り，目標であるマルチスケールインデンテーション法と，これを利用した動的構成式定数の導出についての結果を得ることができたことから，本研究は，おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
以降は，引き続き，インデンテーションにおけるひずみ速度の物理的作用について明らかにすることと，マルチスケールインデンテーション法の確立のための研究を実施する。
（1）平均ひずみ速度の概念を利用した「代表ひずみ速度」において，その算出方法と，材料特性や試験条件による影響を調査し，代表ひずみ速度の物理的意味を探求する。
（2）マルチスケールインデンテーションにおける実験データの蓄積を進める。
（3）新しく動的材料強度試験装置を購入し，落錘試験装置では実施できない高速現象（1m/s以上）の実験を試みる。
（4）低温および高温インデンテーションの方法について調査し，ひずみ速度のみならず，温度の影響を明らかにする。この結果を利用して，最終目標である温度とひずみ速度の影響を考慮した構成式Johnson-Cookの式を導出する手法を確立する。
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| Causes of Carryover |
試験片を試供サンプルで実施できたことと，試験装置が想定よりも安く作製することができたため，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しく購入予定の動的試験装置の費用として利用する。
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