| 研究課題/領域番号 |
21H01220
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
渡邊 育夢 国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主幹研究員 (20535992)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
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| キーワード | 押し込み試験 / 金属塑性 / 非線形有限要素法 / 結晶塑性 / 数値シミュレーション / 逆解析 / 結晶塑性構成モデル / 非線形有限要素解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，近接領域への押し込み試験による塑性ひずみ場の干渉作用を数値シミュレーションと連携して抽出することで，試料の力学特性を評価する簡易手法を開発する。さらに，結晶塑性構成モデルを組み合わせることで，金属結晶体の異方力学特性の評価へ拡張する。また，開発手法の特性を利用して，結晶粒界の界面特性の評価に応用展開し，結晶粒界の強化機構を議論できる新しい評価手法を確立する。
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| 研究成果の概要 |
押し込み試験では，数値シミュレーションと組み合わせることで，引張試験相当の応力-ひずみ関係を評価するための拡張がなされてきた。しかし，応力-ひずみ関係の再現性や微小領域の評価において，異方性の考慮などに課題がある。本研究では，押し込み試験を用いた評価手法の拡張に取り組んだ。特に，押し込み試験を近接して実施し，塑性ひずみ場を干渉させることで塑性力学特性を抽出する手法を開発した。また，鉄鋼のように加工硬化率の高い金属材料への適用性を改善するために，加工硬化則を拡張し，新たな実験データを追加せずに材料定数を同定する手法を提案した。さらに，結晶学的な異方性を考慮するための枠組みを構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
データ駆動材料研究・開発のためには，簡易・大量にデータを評価する手法が不可欠であるが，一般的な力学特性の評価手法である引張試験は時間・労力を要する。開発手法は，試験片加工を要せずに微小試料から引張試験相当の応力-ひずみ関係を取得できる。既存手法では，鉄鋼やNi基超合金のような高強度材料において，評価精度が低かったが，本研究では新たな実験データを追加することなく，評価性能を向上させた。また，圧痕の変形状態の評価も不要であり，荷重-変位関係のみから力学特性を評価できる。既に，積層造形体における力学特性の不均一分布の評価や組成傾斜試料と組み合わせたハイスループット実験への適用事例が創出されている。
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