研究概要 |
本年度は,結晶粒の特性,幾何構造,結晶粒径などのミクロスケールの情報から多結晶金属のマクロな強度特性または延性のような変形特性を評価するためのマルチスケールモデリング手法を整備し,基礎的な検討を実施した.そして,適用例として実験的に知られているミクロスケールの情報とマクロ材料特性の関係を数値解析によって再現し,手法の有用性を示した. 多結晶金属のマクロな引張強度および延性を評価するために,マクロ剛性の低下の原因である結晶粒の損傷を構成モデルとして考慮した.この構成モデルとあわせて,それを用いた有限要素解析を行うための数値解析アルゴリズムを提案した.提案手法を用いて,結晶粒の局所的な損傷がマクロ剛性の低下を誘起していることを数値解析によって示した. また,非均質変形の卓越する多結晶スケールの数値解析に関して精度検証とマクロ強度を評価するために必要なメッシュ分割数の検討を行った.この結果,標準的な低次の有限要素を適用した場合,有限要素モデルでいかに詳細な離散化したとしても金属塑性特有の等体積変形を精度良く表現することができないため,マクロ引張強度を低く評価してしまい,この等体積変形を精度良く近似するための有限要素技術の導入が必須であるという知見を得た. 昨年度の成果である結晶粒径のモデル化と上記のマルチスケールモデリングを用いて,マクロ降伏強度および引張強度に対する結晶粒径依存性を評価した.その結果,Hallp-Petchの関係として知られる降伏強度や引張強度における結晶粒径依存性だけでなく,材料開発でしばしば問題となる高強度化による延性の低下を数値解析ではじめて再現することに成功した.
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