金属材料の機械的性質における寸法効果発現機構の統一モデリング

• 研究課題/領域番号: 25289001
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 黒田 充紀 山形大学, 理工学研究科, 教授 (70221950)
• 研究協力者: 小泉 隆行
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2013年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: 構成式 / 結晶塑性 / サイズ効果 / 機械材料・材料力料 / 寸法効果 / 機械材料・材料力学

研究成果の概要

研究代表者らが開発してきた高次勾配塑結晶性理論は，金属材料の寸法効果を広範に表現できる可能性を持っていた．しかしながら，材料の内部界面の数理モデルが確立していなかったために，様々な寸法効果を統一的に表現するには至っていなかった．本研究では，まず内部界面の数理モデルついて検討し，粒界に堆積する転位密度が一定値に近づくと，粒界が降伏して塑性流れが発生するとの仮説に基づくモデルを提案した．続いて，界面モデルの妥当性確認とそこに含まれるパラメータ同定を目的に，微細結晶粒材 (Al) を用いた実験研究を行った．実験結果は微細結晶粒材内の粒界は，必ずしも塑性変形の強い障壁にはなっていないことを示唆した．

研究成果

• [雑誌論文] Interfacial microscopic boundary conditions associated with backstress-based higher-order gradient crystal plasticity theory (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsutoshi Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Mechanics of Materials and Structures 巻: 12 号: 2 ページ: 193-218
  • DOI: 10.2140/jomms.2017.12.193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of Bauschinger effect in Ultrafine-grained A1070 aluminum rods (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Koizumi, Mitsutoshi Kuroda
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 725 ページ: 202-207
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.725.202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A strain-gradient plasticity theory with a corner-like effect: a thermodynamics-based extension (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsutoshi Kuroda
  • 雑誌名: International Journal of Farcture 巻: Web公開済み 号: 1-2 ページ: 115-125
  • DOI: 10.1007/s10704-015-0055-9
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] バウシンガー効果測定を用いた超微細結晶粒材料の粒界効果の推定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉 隆行, 黒田 充紀
  • 学会等名: 第29回計算力学講演会 (日本機械学会)
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] バウシンガー効果の発現機構のモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 庄司真之・黒田充紀
  • 学会等名: 第66回塑性加工連合講演会
  • 発表場所: いわき市 文化センター
  • 年月日: 2015-10-29
• [学会発表] A strain gradient plasticity model with a corner-like effect and its application to shear band analysis at finite strains (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsutoshi Kuroda
  • 学会等名: IUTAM Symposium: Ductile Fracture and Localization
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] 高次勾配結晶塑性有限要素法を用い多結晶材料の変形解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長岡佑磨・黒田充紀
  • 学会等名: 第27回計算力学講演会（ 日本機械学会）
  • 発表場所: 盛岡市（ 岩手大学）
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] ひずみ勾配塑性モデルの理論的解釈と数値計算 (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒田充紀
  • 学会等名: 第63回理論応用力学講演会（ 日本学術会議IUTAM分科会）
  • 発表場所: 東京都（ 東京工業大学）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-28
• [学会発表] 内部界面効果の連続体力学的取り扱いについて (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒田充紀
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会（ 日本計算工学会）
  • 発表場所: 広島市（ 広島国際会議場）
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] A gradient crystal plasticity theory at finite strain and its application to three-dimensional simulation of micro-pillar compression (2013)
  • 著者名/発表者名: Misutoshi Kuroda
  • 学会等名: New Horizons in Materials Mechanics, Viggo Tvergaard Symposium
  • 発表場所: Kgs. Lyngby, Denmark
  • 招待講演
• [学会発表] Higher-order gradient effects on plastically deformed small-sized single crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Misutoshi Kuroda
  • 学会等名: Computational Plasticity --COMPLAS XII
  • 発表場所: Barcelona, Spain
• [備考] 山形大学 工学系 黒田研究室
  • URL: http://kuroda.yz.yamagata-u.ac.jp/
• [備考] 山形大学研究者情報 （黒田充紀）
  • URL: http://yudb.kj.yamagata-u.ac.jp/html/233_ja.html