高強度鋼の特性向上をもたらすミクロ組織形態の最適設計法の開発

• 研究課題/領域番号: 25709002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
• キーワード: フェーズフィールド法 / 結晶塑性有限要素法 / 均質化法 / 数値材料試験 / ミクロ組織 / 鉄鋼材料 / アルミニウム合金 / 成形シミュレーション / 結晶塑性解析 / 組織制御 / 有限要素法

研究成果の概要

近年、材料中のミクロ組織を制御することによって、軽量かつ強度に優れた高強度鋼を開発することが求められている。特に、新しい高強度鋼を効率的に開発することを目的として、高強度鋼中のミクロ組織に依存した力学特性を予測するための数値シミュレーション技術の開発が活発である。本研究では、マルチフェーズフィールド法に基づく鉄鋼材料のみならずアルミニウム合金におけるミクロ組織形成予測法の開発、ミクロ組織の形態評価を構築した。また、結晶塑性有限要素法による数値材料試験法や金属板材のプレス成形のシミュレーション方法を開発し、上記のシミュレーション方法を組み合わせた、ミクロ組織形態の最適設計法を検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Multi-phase-field simulation of cyclic phase transformation in Fe-C-Mn and Fe-C-Mn-Si alloys (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahito Segawa, Akinori Yamanaka, Sukeharu Nomoto
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical biaxial tensile test of aluminum alloy sheets using crystal plasticity model implemented in commercial FEM software (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Ochiai, Akinori Yamanaka, Toshihiko Kuwabara
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 725 ページ: 255-260
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.725.255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical biaxial tensile test for sheet metal forming simulation of aluminum alloy sheets based on the homogenized crystal plasticity finite element method (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Yoshiaki Ishii, Tomoyuki Hakoyama, Phillip Eyckens, Toshihiko Kuwabara
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 734 ページ: 032005-032005
  • DOI: 10.1088/1742-6596/734/3/032005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 均質化結晶塑性有限要素法に基づく数値二軸引張試験を用いた5182アルミニウム合金板の材料モデリングおよび成形シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳, 橋本圭右, 川口順平, 櫻井健夫, 桑原利彦
  • 雑誌名: 軽金属 巻: 65 号: 11 ページ: 561-567
  • DOI: 10.2464/jilm.65.561
  • NAID: 130005115292
  • ISSN: 0451-5994, 1880-8018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 結晶塑性解析とマルチフェーズフィールド法を用いた金属材料の変形および再結晶組織予測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳
  • 雑誌名: 軽金属 巻: 65 号: 11 ページ: 542-548
  • DOI: 10.2464/jilm.65.542
  • NAID: 130005127205
  • ISSN: 0451-5994, 1880-8018
  • 査読あり
• [雑誌論文] 均質化法に基づく結晶塑性有限要素法による5000系アルミニウム合金板の二軸引張変形解析と実験検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 橋本圭右, 山中晃徳, 川口順平, 櫻井健夫, 桑原利彦
  • 雑誌名: 軽金属 巻: 65 号: 5 ページ: 196-203
  • DOI: 10.2464/jilm.65.196
  • NAID: 130005085818
  • ISSN: 0451-5994, 1880-8018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of 3D Microstructure and Plastic Deformation Behavior in Dual-phase Steel using Multi-phase-field and Crystal Plasticity FFT Methods (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 651-653 ページ: 570-574
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.651-653.570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Yield Function for 5000 Series Aluminum Alloy Sheet by Numerical Biaxial Tensile Testing using Homogenized Crystal Plasticity Finite Element Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Keisuke Hashimoto, Jyunpei Kawaguchi, Takeo Sakurai, Toshihiko Kuwabara
  • 雑誌名: Proceedings of Materials Science and Technology 2015 巻: CD-ROM ページ: 603-609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-scale Multi-phase-field Simulation of Polycrystalline Grain Growth with Finely Dispersed Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Okamoto, Akinori Yamanaka, Takashi Shimokawabe, Takayuki Aoki
  • 雑誌名: Proceedings of Materials Science and Technology 2015 巻: CD-ROM ページ: 553-560
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D Modeling of Ferrite Transformation in Deformed-austenite using Multi-Phase-Field Method and Crystal Plasticity Fast Fourier Transformation Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials 2015 巻: CD-ROM ページ: 857-864
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simulation of Austenite-to-Ferrite Transformation in Fe-C-Mn Alloy using Non-equilibrium Multi-Phase-Field Model Coupled with CALPHAD Database (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahito Segawa, Akinori Yamanaka, Sukeharu Nomoto
  • 雑誌名: Proceedings of the International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials 2015 巻: CD-ROM ページ: 935-941
  • 査読あり
• [雑誌論文] マルチフェーズフィールド法による多結晶粒成長シミュレーションの複数GPU計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本成史、山中晃徳、下川辺隆史、青木尊之
  • 雑誌名: 日本計算工学会論文集 巻: 2013 号: 0 ページ: 20130018-20130018
  • DOI: 10.11421/jsces.2013.20130018
  • NAID: 130004851524
  • ISSN: 1347-8826
  • 査読あり
• [学会発表] 結晶塑性有限要素法に基づくIF鋼の数値二軸引張試験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳, 落合祥平, 中山亘, 桑原利彦
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第137春季講演大会
  • 発表場所: 首都大学東京 (東京八王子市)
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Numerical biaxial tensile test of aluminum alloy sheets using crystal plasticity model implemented in commercial FEM software (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Ochiai, Akinori Yamanaka, Toshihiko Kuwabara
  • 学会等名: The 13rd Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications
  • 発表場所: Higashi Hiroshima Arts & Culture Hall Kurara (Higashi Hiroshima-shi, Hiroshima, Japan)
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] 結晶塑性有限要素法によるアルミニウム合金板の数値二軸引張試験と成形シミュレーション：オープンソースの利用と精度検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 落合祥平, 山中晃徳, 桑原利彦
  • 学会等名: 日本機械学会第29回計算力学講演会
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] Fe-C-Mn-Si合金におけるγ→α変態のマルチフェーズフィールドモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 瀬川正仁, 山中晃徳, 野本祐春
  • 学会等名: 日本機械学会第29回計算力学講演会
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] Numerical biaxial tensile test for sheet metal forming simulation of aluminum alloy sheets based on the homogenized crystal plasticity finite element method (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Yoshiaki Ishii, Tomoyuki Hakoyama, Phillip Eyckens, Toshihiko Kuwabara
  • 学会等名: The 10th International Conference and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes
  • 発表場所: Bristol Marriott Hotel City Centre (Bristol, UK)
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Multiscale Modelling of Dual-phase Steel using Multi-phase-field and Crystal Plasticity Fast Fourier Transformation Methods (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Sukeharu Nomoto
  • 学会等名: 12th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Coex Convention & Exhibition Center (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Biaxial Tensile Test of Aluminum Alloy Sheets based on Crystal Plasticity Finite Element Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Ochiai, Akinori Yamanaka, Toshihiko Kuwabara
  • 学会等名: 12th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Coex Convention & Exhibition Center (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-Phase-Field Simulation of Cyclic Phase Transformation in Fe-C-Mn-Si Quaternary Alloy (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahito Segawa, Akinori Yamanaka, Sukeharu Nomoto
  • 学会等名: 12th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Coex Convention & Exhibition Center (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Grain growth in a system containing finely dispersed mobile second-phase particles: A GPU-accelerated multi-phase-field study (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Masashi Okamoto
  • 学会等名: 6th International Conference on Recrystallization and Grain Growth
  • 発表場所: Omni William Penn Hotel (Pittsburgh, USA)
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] 3D Simulation of Static Recrystallization and Phase Transformation using Multi-phase-field and Crystal Plasticity Fast Fourier Transformation Methods (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Software Solutions for ICME
  • 発表場所: Technical University of Catalonia (Barcelona, Spain)
  • 年月日: 2016-04-12
  • 国際学会
• [学会発表] 均質化結晶塑性有限要素法による5000系アルミニウム合金板材の球頭張出し成形シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳, 石井嘉明, 箱山智之, 桑原利彦
  • 学会等名: 日本塑性加工学会第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（福島県・いわき市）
  • 年月日: 2015-10-29
• [学会発表] 結晶塑性FFT法とマルチフェーズフィールド法による鉄鋼材料の加工γ→α変態3次元シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳
  • 学会等名: 日本機械学会第28回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2015-10-10
• [学会発表] 非平衡マルチフェーズフィールドモデルを用いたFe-C-Mn合金におけるγ→α変態の2次元シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀬川正仁, 山中晃徳, 野本祐春
  • 学会等名: 日本機械学会第28回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2015-10-10
• [学会発表] Identification of Yield Function for 5000 Series Aluminum Alloy Sheet by Numerical Biaxial Tensile Testing using Homogenized Crystal Plasticity Finite Element Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka, Keisuke Hashimoto, Jyunpei Kawaguchi, Takeo Sakurai, Toshihiko Kuwabara
  • 学会等名: Materials Scince & Technology 2015
  • 発表場所: The Greater Columbus Convention Center (Ohio, USA)
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Large-scale Multi-phase-field Simulation of Polycrystalline Grain Growth with Finely Dispersed Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Okamoto, Akinori Yamanaka, Takashi Shimokawabe, Takayuki Aoki
  • 学会等名: Materials Scince & Technology 2015
  • 発表場所: The Greater Columbus Convention Center (Ohio, USA)
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Fe-C-Mn-X 4元系合金におけるγ→α変態の非平衡マルチフェーズフィールドシミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀬川正仁、山中晃徳、野本祐春
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第170回秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 3D Modeling of Ferrite Transformation in Deformed-austenite using Multi-Phase-Field Method and Crystal Plasticity Fast Fourier Transformation Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 学会等名: International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials 2015
  • 発表場所: Westin Whistler Resort (Whistler, BC, Canada)
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation of Austenite-to-Ferrite Transformation in Fe-C-Mn Alloy using Non-equilibrium Multi-Phase-Field Model Coupled with CALPHAD Database (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahito Segawa, Akinori Yamanaka, Sukeharu Nomoto
  • 学会等名: International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials 2015
  • 発表場所: Westin Whistler Resort (Whistler, BC, Canada)
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] 多結晶粒成長過程における析出物によるピンニングの大規模マルチフェーズフィールドシミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡本成史, 山中晃徳, 下川辺隆史, 青木尊之
  • 学会等名: 日本計算工学会第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] Fe-C-Mn合金のα+γ2相域における繰返し変態挙動のマルチフェーズフィールドシミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 瀬川正仁, 山中晃徳, 野本祐春
  • 学会等名: 日本計算工学会第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] Prediction of 3D Microstructure and Plastic Deformation Behavior in Dual-Phase Steel using Multi-Phase-Field and Crystal Plasticity FFT Methods (2015)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 18th ESAFORM International Conference on Material Forming
  • 発表場所: Graz University of Technology (Graz, Austria)
  • 年月日: 2015-04-15
  • 国際学会
• [学会発表] アルミニウム合金板の二軸引張変形の均質化結晶塑性有限要素解析と実験検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 橋本圭右, 山中晃徳, 川口順平, 櫻井健夫, 桑原利彦
  • 学会等名: 日本機会学会第27回計算力学講演会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 成形シミュレーションの高精度化に資する結晶塑性解析技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳, 橋本圭右
  • 学会等名: 軽金属学会第127回秋期大会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-16
• [学会発表] 均質化結晶塑性有限要素法による5000系アルミニウム合金板の数値二軸引張試験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 橋本圭右, 山中晃徳, 川口順平, 櫻井健夫, 桑原利彦
  • 学会等名: 軽金属学会第127回秋期大会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-16
• [学会発表] 均質化結晶塑性有限要素法による5000系アルミニウム合金板の二軸引張変形挙動解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 橋本圭右, 山中晃徳, 川口順平, 櫻井健夫, 桑原利彦
  • 学会等名: 日本塑性加工学会第65回塑性加工連合講演会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [学会発表] 結晶塑性FFT法を用いたDP鋼の3次元イメージベース変形挙動解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳
  • 学会等名: 日本塑性加工学会第65回塑性加工連合講演会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [学会発表] DP鋼の単軸引張変形における応力・ひずみ分配挙動の結晶塑性FFTシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第168回秋季講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 3D Microstructure-based Simulation of Plastic Deformation in Dual-phase Steel using Multi-Phase-Field and Crystal Plasticity Fast Fourier Transformation Methods (2014)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 3rd International Conference on Phase-field Method (PFM2014)
  • 発表場所: Pennsylvania State University, ペンシルベニア州(アメリカ）
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-29
• [学会発表] Extreme Large-scale Multi-Phase-Field Simulation of Polycrystalline Grain Growth using TSUBAME2.5 GPU-Supercomputer (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashi Okamoto, Akinori Yamanaka, Takashi Shimokawabe, Takayuki Aoki
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)
  • 発表場所: Palace of Congresses of Catalonia, バルセロナ(スペイン）
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Modelling of Biaxial Deformation Behavior in an Aluminium Alloy Sheet using Homogenized Crystal Plasticity Finite Element Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka and Keisuke Hashimoto
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)
  • 発表場所: Palace of Congresses of Catalonia, バルセロナ(スペイン）
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Simulation of Stress and Strain Partitioning in Dual-phase Steel using Multi-Phase-Field and Crystal Plasticity FFT Methods (2014)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka and Sukeharu Nomoto
  • 学会等名: 1st International Workshop on Software Solutions for ICME
  • 発表場所: アーヘン (ドイツ）
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-27
• [学会発表] 熱力学データベースを用いたγ→α変態のマルチフェーズフィールドシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中晃徳, 野本祐春
  • 学会等名: 日本計算工学会第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] TSUBAME 2.5スーパーコンピューターを用いたFe-C合金中で生じる オーステナイト-フェライト変態挙動の大規模マルチフェーズフィールドシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本成史, 山中晃徳
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第167回春季講演大会
  • 発表場所: 東京工業大学, 東京
• [学会発表] Three-dimensional Multi-Phase-Field Simulation of Orientation-dependent Ferrite Grain Growth in Steel (2013)
  • 著者名/発表者名: Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] Image-based Numerical Tensile Test of Dual-Phase Steel using Homogenized Crystal Plasticity Finite Element and Multi-Phase-Field Methods (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Hashimoto, Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] Large-scale Multi-Phase-Field Simulation of Austenite-to-Ferrite Transformation in Fe-C Alloy using GPU-cluster Computer (2013)
  • 著者名/発表者名: Masashi Okamoto, Akinori Yamanaka
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] 多結晶粒成長の大規模マルチフェーズフィールドシミュレーション ～GPUスパコンTSUBAME 2.0への実装～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本成史, 山中晃徳, 下川辺隆史, 青木尊之
  • 学会等名: 日本機械学会 第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学, 佐賀
• [学会発表] 結晶塑性有限要素法とマルチフェーズフィールド法による Dual-Phase鋼の塑性変形挙動の組織形態依存性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 橋本圭右, 山中晃徳
  • 学会等名: 日本機械学会 第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学, 佐賀
• [備考] 東京農工大学 山中研究室
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~yamanaka/index.html
• [備考] 東京農工大学 山中研究室ホームページ
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~yamanaka/index.html
• [備考] 東京農工大学 山中研究室 研究業績
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~yamanaka/publications.html
• [備考] 東京農工大学 山中研究室
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~yamanaka