材料ライフサイクルのための統合型材料設計システムの創成

• 研究課題/領域番号: 17KK0108
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 青柳 吉輝 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70433737)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 材料ライフサイクル / 統合型材料設計 / マルチスケールモデリング / サイクル疲労 / 極値統計 / マルチスケール / 最先端材料 / 機械材料・材料力学 / 材料設計 / CAE

研究成果の概要

真の材料設計のためには構造材料のライフサイクル（創製，加工，利用，劣化，再生）すべてを網羅するような統合型材料設計システムの構築が必要である．そこで本国際共同研究では，異なるスケール・事象に関するマルチスケールモデリングを得意とするその分野のプロフェッショナルが強固に連携することで，構造材料設計手法のブレークスルーを達成することを試みた．海外共同研究者の材料設計に関する知見を基課題に統合することによって，基課題のみでは達成が困難な，構造材料のライフサイクルに関する統合計算材料設計システムの一部を創成した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本国際共同研究によって，転位密度，結晶方位，結晶粒サイズなどの，材料固有のパラメータに基づいて金属材料の力学特性，変形挙動および材料寿命が予測可能となった．このことは，本モデルが単なる構造解析用の塑性論ではなく，新材料創製支援ツールになり得ることを意味している．構造用金属材料に関する本国際共同研究で得られた考え方を高分子材料や繊維強化複合材料に応用することによって，非金属最先端材料に関する研究成果もあげており，本海外研究課題の成果によって，金属材料のみならず，繊維強化複合材料といった最先端材料の材料ライフサイクルに基づく計算設計システムの構築に近づくと考えられる．

研究成果

• [国際共同研究] ジョージア工科大学(米国) (2018)
  • 年月日: 2018-09-01
• [雑誌論文] Heterogeneous Nano-structure and Its Evolution in Heavily Cold-rolled SUS316LN Stainless Steels (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, C., Kobayashi, B. Aoyagi, Y., Todaka, Y., Kobayashi, M., Sugiura, N., Yoshinaga, N. and Miura, H.
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 3 号: 3 ページ: 582-589
  • DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2019-445
  • NAID: 130007808493
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 強冷間圧延によりヘテロナノ組織を発達させたSUS316LNステンレス鋼板材の疲労特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林正和, 岩間翔平, 渡邊千尋, 青柳吉輝, 三浦博己
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 7
  • NAID: 130007866392
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterogeneous Nano-structure and Its Evolution in Heavily Cold-rolled SUS316LN Stainless Steels (2020)
  • 著者名/発表者名: Koga, N., Suzuki, S., Jiang, H., Watanabe, C., Aoyagi, Y., Kobayashi, M. and Miura, H.
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: -
  • NAID: 130007808493
  • 査読あり
• [雑誌論文] 冷間強圧延したSUS316LN鋼のヘテロナノ組織とその形成過程 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊千尋, 小林秀平, 青柳吉輝, 戸髙義一, 小林正和, 杉浦夏子, 吉永直樹, 三浦博己
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 105 号: 2 ページ: 254-261
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-075
  • NAID: 130007585467
  • ISSN: 0021-1575, 1883-2954
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 強圧延誘起ヘテロナノ組織がオーステナイト系ステンレス鋼の力学特性に与える影響に関する結晶塑性シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 青柳吉輝, 渡邊千尋, 小林正和, 戸髙義一, 三浦博己
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 105 号: 2 ページ: 262-271
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-078
  • NAID: 130007585405
  • ISSN: 0021-1575, 1883-2954
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 冷間強圧延によりヘテロナノ組織を付与した二相ステンレス鋼の疲労破壊 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山崎恭和, 小林正和, 戸髙義一, 渡邊千尋, 青柳吉輝, 三浦博己
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 105 号: 2 ページ: 272-281
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-080
  • NAID: 130007585402
  • ISSN: 0021-1575, 1883-2954
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Plasticity Simulation Considering Microstructures of Austenitic Stainless Steel on Macroscopic Yield Function (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Aoyagi, Atsushi Sagara, Chihiro Watanabe, Masakazu Kobayashi, Yoshikazu Todaka and Hiromi Miura
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 941 ページ: 212-217
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.941.212
  • 査読あり
• [学会発表] Multiscale Crystal Plasticity Simulation on Effect of Microstructure Information of Metals on Macroscopic Mechanical Properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, Y., Kobayashi, R. and McDowell, D.
  • 学会等名: The 13th International Conference on the Technology of Plasticity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiscale Crystal Plasticity Modeling on Martensitic Transformation Based on Mixture Law (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, Y. and McDowell, D.
  • 学会等名: International Symposium on Plasticity, Damage, and Fracture 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiscale Crystal Plasticity Simulation Based on Fatigue Indicator Parameters on Ultrafine-grained Metals (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, Y. and McDowell, D.
  • 学会等名: 5th World Congress on Integrated Computational Materials Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling of Twinning-Induced Plasticity of High Entropy Alloy Based on Crystal Plasticity (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsukuda, T. and Aoyagi, Y.
  • 学会等名: The 10th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 国際学会
• [学会発表] Multiscale Simulation Based on Macroscopic Deformation Model Predicted by Microstructure Information of Ultrafine-Grained Metals (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, Y., Sagara, A., Watanabe, C., Kobayashi, M., Todaka, Y. and Miura, H.
  • 学会等名: The 10th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 画像処理モデリングに基づくDP 鋼マルテンサイト組織形状に関するFEM 解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚田悠介, 椿翔太, 黒澤瑛介, 青柳吉輝
  • 学会等名: 日本材料学会第68期学術講演会
• [学会発表] 微細粒アルミニウムの微視組織情報に基づく巨視的降伏挙動に関する検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林亮太, 相樂篤志, 青柳吉輝
  • 学会等名: 日本機械学会第32回計算力学講演会
• [学会発表] オーステナイト鋼におけるヘテロナノ組織形態の影響に関するFEM 解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚田悠介, 渡邊千尋, 小林正和, 戸高義一, 三浦博己, 青柳吉輝
  • 学会等名: 第5回材料WEEK 材料シンポジウム ワークショップ
• [学会発表] MULTISCALE CRYSTAL PLASTICITY MODELING ON TWINNING OF HETERO-NANOSTRUCTURED STAINLESS STEELS (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Aoyagi, Chihiro Watanabe, Masakazu Kobayashi, Yoshikazu Todaka and Hiromi Miura
  • 学会等名: International Symposium on Plasticity, Damage, and Fracture 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 混合則を用いた双晶誘起塑性モデリングおよび結晶塑性シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 附田拓也, 青柳吉輝
  • 学会等名: 日本金属学会2019年春期講演大会
• [学会発表] Crystal Plasticity Simulation Considering Microstructures of Austenitic Stainless Steel on Macroscopic Yield Function (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Aoyagi, Atsushi Sagara, Chihiro Watanabe, Masakazu Kobayashi, Yoshikazu Todaka and Hiromi Miura
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a multiscale simulation system based on microstructure of fine-grained aluminum (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsuchi Sagara and Yoshiteru Aoyagi
  • 学会等名: The 9th International Conference on Multiscale Materials Modeling
  • 国際学会
• [学会発表] 結晶塑性論に基づくマルテンサイト変態誘起塑性モデルの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 附田拓也, 河原木雄介, 岡村一男, 青柳吉輝
  • 学会等名: 第4回材料WEEK 材料シンポジウム ワークショップ
• [備考] 青柳研究室@東北大学機械系 最先端材料塑性の実験・シミュレーション
  • URL: https://web.tohoku.ac.jp/aoyagi/
• [備考] 東北大学大学院工学研究科 青柳研究室
  • URL: https://web.tohoku.ac.jp/aoyagi/