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2018 年度 実績報告書

結晶塑性解析による金属板の時間依存変形予測技術の体系化とプレス成形解析への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H03428
研究機関京都大学

研究代表者

浜 孝之  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10386633)

研究分担者 高村 正人  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (00525595)
宅田 裕彦  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20135528)
袴田 昌高  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30462849)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード結晶塑性有限要素法 / 時間依存変形 / 板材成形 / 環境調和型加工
研究実績の概要

平成30年度に主に取り組んだ内容を以下のように箇条書きに示す.
(1)純度の異なる2種類の工業用純チタン板を用いて,種々の負荷経路における加工硬化挙動の結晶塑性モデリングを行った.具体的には,単調引張,単調圧縮,反転負荷,そして二段階負荷時の挙動を対象とした.その結果,適切に材料パラメータを同定することにより,いずれの工業用純チタン板においてもその挙動を良好に再現することに成功した.特に,圧縮から引張へ負荷方向を反転した際に生じる加工硬化率の急激な変化は,素材の純度によって程度が異なるが,解析によりその違いを精度良く再現できた.またこのときの双晶活動量の違いも良好に予測できた.
(2)結晶塑性モデルにより,工業用純チタン板の時間依存変形挙動のモデル化を行った.その結果,すべり系と双晶系で異なるひずみ速度依存係数を設定することにより,双晶活動量のひずみ速度依存性を定性的に再現することに成功した.このことから,本材料の時間依存変形を適切にモデル化するためには,すべり系と双晶系での速度依存特性を明瞭に区別することが重要であることを明らかにした.また本モデルを用いて,本材料の応力緩和挙動およびクリープ挙動の再現にも成功した.
(3)結晶塑性解析を用いた板材成形シミュレーション技術を開発した.具体的には,まず拡張テイラーモデルに基づいて,一積分点に複数の結晶方位を埋め込むことで一要素でも多結晶体を表現できる枠組みを構築した.続いて,工具と被加工材との簡便な接触アルゴリズムを定式化,実装した.さらに,並列計算アルゴリズムを導入するとともに解析精度を可能な限り保ちつつアルゴリズムを効率化することに成功した.
以上の取り組みにより,円筒深絞り成形解析を現実的な解析時間で実行することに成功した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成30年度当初の研究実施計画で挙げた,(1)純チタン板の種々の負荷経路における加工硬化挙動と時間依存変形のモデル化を行う,(2)円筒深絞り成形を対象として結晶塑性モデルを用いた有限要素解析が実行できるプログラムを開発する,(3)円筒深絞り成形解析を現実的な時間で解析できるように,計算の高速化を図る,という項目を順調に遂行できた.以上の結果を総合的に鑑みて,【おおむね順調に進展している】と判定した.

今後の研究の推進方策

これまでの研究が順調に進展していることから,平成31年度も当初の予定通りに研究を推進する所存である.具体的には,平成30年度に開発したプログラムを用いて,結晶塑性モデルを用いた塑性加工解析を行う.次の二つのプロセスに着目して研究を進める.
(1)純チタン板では顕著な変形異方性に起因して,円筒絞り成形を行うと成形品の縦壁高さが周方向で不均一になることが知られている.一方で,従来の材料構成式ではこの縦壁高さの不均一性を高精度に予測することができないのが現状である.そこで,本研究課題で開発してきた結晶塑性モデルを用いて純チタン板の円筒深絞り成形解析を行うことで,最終成形品形状の高精度な予測を目指す.また,純チタン板では変形モードによって双晶活動度が大きく異なることから,成形品の部位によって集合組織が異なる可能性がある.そこで,実験および解析によりそのことを検証するとともに,双晶活動が深絞り性に及ぼす影響を数値的に調査する.
(2)純チタン板は顕著な時間依存スプリングバック挙動を示すことが知られている.その発現メカニズムとして応力緩和やクリープ挙動が挙げられる場合が多いが,その詳細は明らかとなっていない.そこで,本研究で開発した結晶塑性モデルを用いて純チタン板の引張曲げ成形解析を行い,時間依存スプリングバック挙動の発現メカニズムを検討する.具体的には,時間依存スプリングバック発現時の変形が応力緩和やクリープでどこまで説明可能か,またその駆動力が何なのかを解析的に明らかにすることを目指す.
(3)最後に本研究を総括することで,本研究で開発した技術の今後のさらなる適用範囲の拡大と残された課題を検討する.

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Influence of critical resolved shear stress ratios on the response of a commercially pure titanium oligocrystal: crystal plasticity simulations and experiment2019

    • 著者名/発表者名
      Baudoin, P., Hama, T., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 115 ページ: 111-131

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.11.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of twinning on the stress and strain behaviors during reverse loading in rolled magnesium alloy sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Suzuki, T., Hatakeyama, S., Fujimoto, H., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      Materials Science & Engineering A

      巻: 725 ページ: 8-18

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.03.124

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination approach of dislocation density and crystallite size using a convolutional multiple whole profile software2018

    • 著者名/発表者名
      Murasawa, K., Takamura, M., Kumagai, M., Ikeda, Y., Suzuki, H., Otake, Y., Hama, T., and Suzuki, S.
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 59-7 ページ: 1135-1141

    • DOI

      https://doi.org/10.2320/matertrans.M2017380

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plastic deformation of commercially-pure titanium: experiments and modeling2018

    • 著者名/発表者名
      Baral, M., Hama, T., Knudsen, E., and Korkolis, Y.
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 105 ページ: 164-194

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.02.009

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of strain ratio on surface roughening in biaxial stretching of IF steel sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Kubo, M., Hama, T., Tsunemi, Y., Nakazawa, Y., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 58-4 ページ: 704-713

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-612

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Convergence behavior in line profile analysis using convolutional multiple whole-profile software2018

    • 著者名/発表者名
      Kumagai, M., Uchida, T., Murasawa, K., Takamura, M., Ikeda, Y., Suzuki, H., Otake, Y., Hama, T., and Suzuki, S.
    • 雑誌名

      Materials Research Proceedings

      巻: 6 ページ: 57-62

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.21741/9781945291890-10

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prediction of differential work-hardening behavior under biaxial tension of steel sheet using crystal plasticity models2018

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Fujimoto, H., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      Procedia Manufacturing

      巻: 15 ページ: 1808-1815

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.210

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal plasticity finite-element analysis of surface roughening behavior in biaxial stretching of steel sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Kubo, M., Hama, T., Tsunemi, Y., Nakazawa, Y., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series

      巻: 1063 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation on stress relaxation behavior of high-strength steel sheets based on elasto-viscoplasticity2018

    • 著者名/発表者名
      Takamura, M., Murasawa, K., Kusuda, Y., Suzuki, Y., Hakoyama, T., Ikeda, Y., Otake, Y., Hama, T., and Suzuki, S.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series

      巻: 1063 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal-plasticity finite-element simulation of time-dependent springback in a commercially-pure titanium sheet2018

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Sakai, T., Korkolis, Y.P., and Takuda, H.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series

      巻: 1063 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystal plasticity analysis of the deformation of a grade 2 CP-Ti oligocrystal2018

    • 著者名/発表者名
      Baudoin, P., Hama, T., Uchida, S., and Takuda, H.,
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series

      巻: 1063 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development and application of metal crystal plasticity models2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki HAMA
    • 雑誌名

      Impact

      巻: 2018-9 ページ: 56-58

    • DOI

      https://doi.org/10.21820/23987073.2018.9.56

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 結晶塑性解析による冷延鋼板の加工硬化特性の予測2019

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,宅田裕彦
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第177回春季講演大会 シンポジウム「鋼板材料モデリングのシンポと課題」
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属板の時間依存スプリングバック挙動とその結晶塑性有限要素解析2019

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 学会等名
      日本金属プレス工業協会平成30年度第4回残留応力研究部会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高張力鋼板の応力緩和中における内部応力2018

    • 著者名/発表者名
      楠田義徳,鈴木優里菜,高村正人,浜孝之,箱山智之,大竹淑恵,鈴木進補
    • 学会等名
      第69回塑性加工連合講演会
  • [学会発表] 結晶塑性解析と単純せん断試験を用いた5000系アルミニウム合金板における大ひずみ域までの加工硬化特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,達川昴至,生川遼太,前田康裕,前田恭志,藤本仁,宅田裕彦
    • 学会等名
      第69回塑性加工連合講演会
  • [学会発表] 異なる双晶活動を示す2種類の純チタン板における2段階変形挙動2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,月原啓志,畠山真一,内田壮平,藤本仁,宅田裕彦
    • 学会等名
      第69回塑性加工連合講演会
  • [学会発表] 粗大結晶粒純チタン板の不均一変形挙動とその結晶塑性解析2018

    • 著者名/発表者名
      Pierre Baudoin,浜孝之,内田壮平,宅田裕彦
    • 学会等名
      平成30年度塑性加工春季講演会
  • [学会発表] 少数結晶材の活用による結晶塑性解析の高精度化の可能性2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之,Pierre Baudoin,宅田裕彦
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第175回春季講演大会
  • [学会発表] 粗大結晶粒純チタン材の不均一変形挙動に及ぼすCRSS比の影響2018

    • 著者名/発表者名
      Pierre Baudoin,浜孝之,内田壮平,宅田裕彦
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2018カンファレンス
  • [学会発表] 金属板の塑性変形挙動とそのモデリング2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 学会等名
      日本塑性加工学会第232回塑性加工技術セミナー「超高張力鋼板・アルミニウム板材成形シミュレーションの最前線」
    • 招待講演
  • [学会発表] 実用的展開が期待される結晶塑性シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 学会等名
      理研シンポジウム「計算で物事を理解する予測する~産業界の難課題が求めている解決パラダイムの提案,三つの計算科学,連続体,分子,そして統計~」
    • 招待講演
  • [学会発表] 結晶塑性情報に基づく金属材料の塑性加工性評価2018

    • 著者名/発表者名
      浜孝之
    • 学会等名
      京都大学インダストリアルディ2018
    • 招待講演
  • [学会発表] Prediction of differential work-hardening behavior under biaxial tension of steel sheet using crystal plasticity models2018

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Fujimoto, H., and Takuda, H.
    • 学会等名
      METALFORMING 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal plasticity finite-element analysis of surface roughening behavior in biaxial stretching of steel sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Kubo, M., Hama, T., Tsunemi, Y., Nakazawa, Y., and Takuda, H.
    • 学会等名
      NUMISHEET 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation on stress relaxation behavior of high-strength steel sheets based on elasto-viscoplasticity2018

    • 著者名/発表者名
      Takamura, M., Murasawa, K., Kusuda, Y., Suzuki, Y., Hakoyama, T., Ikeda, Y., Otake, Y., Hama, T., and Suzuki, S.
    • 学会等名
      NUMISHEET 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal-plasticity finite-element simulation of time-dependent springback in a commercially-pure titanium sheet2018

    • 著者名/発表者名
      Hama, T., Sakai, T., Korkolis, Y.P., and Takuda, H.
    • 学会等名
      NUMISHEET 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal plasticity analysis of the deformation of a grade 2 CP-Ti oligocrystal2018

    • 著者名/発表者名
      Baudoin, P., Hama, T., Uchida, S., and Takuda, H.,
    • 学会等名
      NUMISHEET 2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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