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航空機や原子力機器などの設計応力が比較的高い構造物の構造安全性や突発的な過負荷や疲労に対する余裕度を正確に予測するためには使用される材料の変形と強度についてのひずみ速度依存性を調べ、一般的な複合負荷にも対応できるように方程式として定式化する必要がある。
本研究は実用上も意義が大きいSUS316ステンレス鋼やアルミニウム合金について、その粘塑変形特性と時効の温度依存性について実験的に調べるとともに時効を考慮した弾粘塑性構成モデルによるシミュレーション解析を行い、温度とひずみ速度が種々変動する場合の材料の変形応答を精度よく予測する手法の確立を目指している。
SUS316ステンレス鋼、TiおよびA5056アルミ合金の引張変形における粘性と時効の温度依存性について実験を行った。SUS316ステンレス鋼の粘性と時効は、温度の上昇によってほぼ比例的減少すること、時効は200℃程度でほぼ消滅すること、また室温ではほとんど時効を示さないTiが温度の上昇につれかなり動的に変動する時効特性を示すようになること、などを明らかとし、結果に基づいて粘性関数と時効応力を温度の関数として定式化を行い時効考慮の弾粘塑性構成式に組み込んだ。一方、アルミ合金では比較的小さい200℃程度の温度変化で大幅でしかも傾向性の乏しい粘塑性・時効変化を示し、定式化には至らなかった。
さらに、クロムモリブデン鋼SCM435の調質材について、室温下でねじり負荷での塑性変形中の時効現象の定量的な評価実験を行ない、引張りとねじりの変形機構の違いによる粘性と時効効果について検討し、ねじりせん断による変形の速度依存性に及ぼす時効の影響は引張の場合より小さいことが確かめられた。
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