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粗大結晶粒金属材と機械学習を用いた新規アプローチ法による結晶塑性解析の高精度化

研究課題

研究課題/領域番号 20H02480
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関京都大学

研究代表者

浜 孝之  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10386633)

研究分担者 高村 正人  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (00525595)
山中 晃徳  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50542198)
内田 壮平  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (70736305)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
キーワード結晶塑性有限要素法 / データ同化 / 粗大結晶粒材 / 機械学習
研究開始時の研究の概要

地球環境問題に起因する輸送機器軽量化への要求から,軽量化に資する多様な金属板がプレス成形に供されている.一方,素材に応じた最適な成形条件を見出すためには数値シミュレーションの援用が不可欠だが,十分な解析精度が得られないことが大きな課題となっている.解析の高精度化および高機能化の観点から近年では,素材の塑性変形挙動を数理的に表現する手法として結晶塑性モデルの適用が注目されているが,未だ実用レベルには至っていない.そこで本研究では,粗大結晶粒材と機械学習を活用した新しい手法により結晶塑性モデルの高精度化と高機能化を目的とし,最終的にはそれによる輸送機器軽量化の実現を目指す.

研究成果の概要

本研究では,粗大結晶粒材とデータ駆動科学を活用することで,結晶塑性モデルにおけるパラメータ同定の高精度化を実現することを目的とした.まず,結晶粒を粗大化させた種々の金属材料における結晶粒レベルでの変形挙動を実験的に明らかにした.続いて,結晶塑性有限要素法とデータ同化技術を組み合わせることで,粗大結晶粒材の結晶粒レベルでの変形挙動予測に資するパラメータの推定を試みた.その結果,提案した手法により比較的効率良くパラメータの推定を実現できることが明らかになった.本研究の成果は軽量化に資する多様な金属板の塑性変形挙動の高精度な予測につながり,輸送機器軽量化への貢献が期待される.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,金属材料の変形挙動の高精度なモデル化が期待される結晶塑性構成式について,全く新しいアプローチによりパラメータを同定する手法を提案した.本研究の大きな学術的意義の一つは,データ駆動科学の新しい活用法を提案した点である.また本研究では,提案した手法の有効性を示すとともに,素材における結晶粒レベルでの不均一変形挙動の発現メカニズムを明らかにし,金属材料変形の本質に迫る学術的知見を得た.これらの成果は,輸送機器の軽量化に資する種々の材料における変形挙動の高精度な予測と,その結果として輸送機器軽量化の促進につながることが期待され,大きな社会的意義を持つ.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (16件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 極低炭素鋼における微視的不均一変形挙動に関する結晶塑性有限要素シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,岡将司,西拓樹,松野崇,林誠次,高田賢治,興津貴隆
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 109 号: 6 ページ: 547-558

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2022-097

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 年月日
      2023-06-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1180 MPa級マルテンサイト母相Dual Phase鋼における微視的延性破壊機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      渡邊優斗,松野崇,浜孝之,松田知子,興津貴隆,林誠次,高田賢治,内藤正志
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 109

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 六方晶金属の結晶塑性モデリングとその板材成形解析への応用2023

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 雑誌名

      ぷらすとす

      巻: 6 号: 61 ページ: 13-17

    • DOI

      10.32277/plastos.6.61_13

    • ISSN
      2433-8826
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 粗大結晶粒金属の不均一挙動 ―実験と結晶塑性有限要素法解析―2023

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 雑誌名

      ぷらすとす

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Understanding room-temperature deformation behavior in a dilute Mg-1.52Zn-0.09Ca (mass%) alloy sheet with weak basal texture2022

    • 著者名/発表者名
      T. Nakata, T. Hama, K. Sugiya, S. Kamado
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 852 ページ: 143638-143638

    • DOI

      10.1016/j.msea.2022.143638

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cylindrical cup drawing of a commercially pure titanium sheet: experiment and crystal plasticity finite-element simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Hirano Kaho、Matsuura Ryo
    • 雑誌名

      International Journal of Material Forming

      巻: 15 号: 1

    • DOI

      10.1007/s12289-022-01655-x

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Work-Hardening Behavior of a ZX10 Magnesium Alloy Sheet under Monotonic and Reverse Loadings2022

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Higuchi Koichi、Yoshida Hikaru、Jono Yuri
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 926 ページ: 926-932

    • DOI

      10.4028/p-7bgcsj

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of Work-Hardening Behavior under Various Loading Paths in 5083-O Aluminum Alloy Sheet Using Crystal Plasticity Models2021

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Namakawa Ryota、Maeda Yasuhiro、Maeda Yasushi
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 号: 8 ページ: 1124-1132

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021020

    • NAID

      130008067416

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2021-08-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-uniform Deformation Behavior of Coarse-grained Ultralow Carbon Steel Measured Using Digital Image Correlation Method2021

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Nishi Takuna、Oka Masashi、Matsuno Takashi、Okitsu Yoshitaka、Hayashi Seiji、Takada Kenji、Takuda Hirohiko
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 61 号: 6 ページ: 1971-1979

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-712

    • NAID

      130008053359

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2021-06-15
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Material Model Development of Magnesium Alloy and Its Strength Evaluation2021

    • 著者名/発表者名
      Huang Wenjia、Ma Ninshu、Ma Yunwu、Amaishi Toshiro、Takada Kenji、Hama Takayuki
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 号: 2 ページ: 454-454

    • DOI

      10.3390/ma14020454

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of plastic deformation behavior upon strain-path changes in an A6022-T4 Al alloy sheet2021

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Yagi Shogo、Tatsukawa Koji、Maeda Yasuhiro、Maeda Yasushi、Takuda Hirohiko
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 137 ページ: 102913-102913

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2020.102913

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-uniform deformation behavior of coarse-grained ultralow carbon steel measured using digital image correlation method2021

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Nishi, T., Oka, M., Matsuno, T., Okitsu, Y., Hayashi, S., Takada, K., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 61

    • NAID

      130008053359

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 転位速度-応力指数および転位速度係数を用いた転位速度の塑性ひずみ依存性の解明2020

    • 著者名/発表者名
      Ueno Kota、Murasawa Kodai、Suzuki Yurina、Takamura Masato、Hama Takayuki、Hakoyama Tomoyuki、Suzuki Shinsuke
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 84 号: 10 ページ: 326-333

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2020026

    • NAID

      130007907349

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • 年月日
      2020-10-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal Plasticity Modeling for Non-ferrous Metals and its Engineering Applications2020

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 60 号: 9 ページ: 1849-1862

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-011

    • NAID

      130007907435

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2020-09-15
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-Dependent Springback of Various Sheet Metals: An Experimental Study2020

    • 著者名/発表者名
      Hama Takayuki、Suzuki Tomotaka、Nakatsuji Yuya、Sakai Takeyuki、Takuda Hirohiko
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 61 号: 5 ページ: 941-947

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2019283

    • NAID

      130007835708

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2020-05-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of surface area of grain boundaries on stress relaxation behavior in pure copper over wide range of grain sizes2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Yurina、Ueno Kota、Murasawa Kodai、Kusuda Yoshinori、Takamura Masato、Hakoyama Tomoyuki、Hama Takayuki、Suzuki Shinsuke
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 794 ページ: 139585-139585

    • DOI

      10.1016/j.msea.2020.139585

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ZX10マグネシウム合金板の塑性変形挙動に関する結晶塑性モデリング2022

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,樋口晃一,城野百合
    • 学会等名
      第73回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 6022アルミニウム合金板におけるせん断応力を含む多軸応力下における材料モデリング2022

    • 著者名/発表者名
      山本樹奈,平山健太郎,前田康裕,前田恭志,浜孝之
    • 学会等名
      第73回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 非逐次データ同化による純アルミニウムの結晶塑性パラメータの推定2022

    • 著者名/発表者名
      洞田真佑,西拓樹,山中晃徳,内田壮平,浜孝之
    • 学会等名
      第73回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] フェライト-マルテンサイト複合組織鋼板の結晶塑性解析における各相の加工硬化特性が巨視的変形に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      田村悠真,松野崇,内藤正志,興津貴隆,高田賢治,浜孝之
    • 学会等名
      第73回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 結晶塑性解析による液圧バルジ試験で得られた加工硬化特性の予測2022

    • 著者名/発表者名
      緩詰晃太,吉田健吾,浜孝之
    • 学会等名
      第73回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] フェライトーマルテンサイト複合組織鋼板における各相の微視的評価とその結晶塑性有限要素解析への応用2022

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,田村悠真,菅野偉太,松野崇,内藤正志,興津貴隆
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第184回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] JIS1種純チタン板の非線形ひずみ経路における塑性流動2022

    • 著者名/発表者名
      田中智也,岡上隆一郎,浜孝之
    • 学会等名
      2022年度塑性加工春季講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] SEM内引張試験による超高張力マルテンサイト・フェライト二相組織鋼の微視亀裂生成箇所の観察2022

    • 著者名/発表者名
      渡辺優斗,松野崇,浜孝之,松田知子,興津貴隆,林誠次
    • 学会等名
      2022年度塑性加工春季講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 粗大結晶粒金属材における不均一変形挙動2022

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第183回春季講演大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [学会発表] 結晶塑性有限要素法による極細ステンレス鋼管の空引きにおける内面の高さ変化の解析2021

    • 著者名/発表者名
      末松咲希,坂口颯,岸本拓磨,浜孝之,鈴木進補
    • 学会等名
      第29回機械材料・材料加工技術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェライトーマルテンサイト複合組織鋼板の塑性変形挙動に関する結晶塑性解析2021

    • 著者名/発表者名
      田村悠真,畠山健太郎,松野崇,興津貴隆,高田賢治,林誠次,浜孝之
    • 学会等名
      第72回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 6022アルミニウム合金板材の加工硬化挙動とその現象論および結晶塑性モデリング2021

    • 著者名/発表者名
      塚本摩耶,松浦遼,前田康裕,前田恭志,浜孝之
    • 学会等名
      第72回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 種々の負荷経路におけるZX10マグネシウム合金板の塑性変形挙動2021

    • 著者名/発表者名
      樋口晃一,吉田輝,城野百合,浜孝之
    • 学会等名
      第72回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] SUS430ステンレス鋼板の結晶塑性解析精度に及ぼす潜在硬化パラメータの影響2021

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,月原啓志,金英俊,岡田直人
    • 学会等名
      第72回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 軟鋼板における非線形負荷経路下での塑性変形挙動2021

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,岡上隆一郎,達川昴至,前田康裕,前田恭志
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2021カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 粗大結晶粒極低炭素鋼における不均一変形挙動に関する結晶塑性有限要素解析2021

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,岡将司,西拓樹,松野崇,興津貴隆,林誠次,高田賢治
    • 学会等名
      2021年度塑性加工春季講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Crystal plasticity finite-element simulation of non-uniform deformation behavior in coarse-grained steel2021

    • 著者名/発表者名
      Hama, T.
    • 学会等名
      International Symposium on Technology of Plasticity for Celebrating KSTP’s 30 years Anniversary (IS-KSTP30)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plastic flow of an Al alloy sheet under biaxial tension with strain path changes: an experimental study2020

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Yagi, S., Maeda, Y., Maeda, Y., and Takuda, H.
    • 学会等名
      IDDRG 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 陰極チャージ材面内曲げ試験によるせん断加工部の遅れはかい耐性評価2020

    • 著者名/発表者名
      藤井貴浩,松野崇,北條智彦,浜孝之,高村正人
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 小丸棒引張試験片による自動車用薄鋼板の大変形域変形抵抗の測定2020

    • 著者名/発表者名
      中川雄介,松野崇,浜孝之,内藤正志,興津貴隆,林誠次,高田賢治
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 種々の応力状態における軟鋼板の非線形除荷挙動2020

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,平山健太郎,宅田裕彦
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非線形二軸負荷経路での軟鋼板の塑性流動とその発展2020

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,岡上隆一郎,達川昴至,前田康裕,前田恭志,宅田裕彦
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] デジタル画像相関法による粗大結晶粒極低炭素鋼における不均一変形挙動の調査2020

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,西拓樹,岡将司,松野崇,興津貴隆,林誠次,宅田裕彦
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] SUS403ステンレス鋼板のV曲げ解析における結晶塑性モデルの適用2020

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,月原啓志,金英俊,岡田直人,宅田裕彦
    • 学会等名
      第71回塑性加工連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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