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2018 年度 実績報告書

高強度・高延性の両立を可能にする次世代金属材料のための多結晶構造最適化

研究課題

研究課題/領域番号 16H04394
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 準治  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00594087)

研究分担者 高瀬 慎介  八戸工業大学, 大学院工学研究科, 講師 (00748808)
高木 知弘  京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードトポロジー最適化 / マルチスケール解析 / 結晶方位 / 異方性
研究実績の概要

「結晶金属材料の強度と延性を両方同時に改善することは不可能である」と考えられていたが,近年「異なる結晶粒径から成る多結晶構造によってそれが克服される」ことが実験的に示された.しかし,その肝心のメカニズムは未だ解明されていない.本研究は,数値的均質化法をベースに多結晶構造が発現する強度と延性に関する微視的なメカニズムを解明し,さらに トポロジー最適化理論によって強度と延性を同時に最大化することが可能な最適多結晶構造を見い出そうとするものである.それに基づいて,次世代型の機能性材料設計・開発手法を提案するのが本研究の目的である.
それに関連して当該年度は,主に2つの課題を目的として研究を推進した.まず,ひとつ目は強度と延性を同時に最適化する手法の枠組みづくりである.ただし,フェーズフィールド法に結晶塑性論を導入して最適設計をするのは計算コストが膨大となり実用性を欠く結果が予め想定できるため,本研究では結晶粒の大きさと配置を,個々の結晶粒の大きさと材料体積制約を課しながら最適化する手法を開発した.もう一方は,結晶方位を考慮した最適化問題の解法を整理した上で,時間発展方程式の中に目的関数として設定したひずみエネルギー密度関数を挿入しない新しい手法の枠組みを提案した.この手法は,フェーズフィールド法本来の概念とは異なるもので,最適設計側の立場から開発を進める実用的な方法である.この手法はexplicit multi-phase field法と名付けて今後さらなる開発が期待される手法である.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 結晶方位差に起因する界面上のエネルギーを考慮した MPF マルチスケールトポロジー最適化による剛性最大化問題2019

    • 著者名/発表者名
      工藤 寛史、加藤 準治、京谷 孝史
    • 学会等名
      第65回理論応用力学講演会および第22回土木学会応用力学シンポジウム
  • [学会発表] Multi-phase field topology optimization considering crystal orientation2019

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Kudo, Junji Kato
    • 学会等名
      The 15th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM15)
    • 国際学会
  • [学会発表] 結晶方位を考慮したMPFマルチスケールトポロジー最適化の提案2018

    • 著者名/発表者名
      工藤 寛史、加藤 準治、京谷 孝史
    • 学会等名
      第23回計算工学講演会
  • [学会発表] 結晶方位を考慮したMPFマルチスケールトポロジー最 適化による剛性最大化問題2018

    • 著者名/発表者名
      工藤 寛史、加藤 準治、京谷 孝史
    • 学会等名
      第21回土木学会応用力学シンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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