材料強度発現のメカニズム解明のための金属組織を考慮したマルチスケールき裂進展解析

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K17627
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学; 計算科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 新宅 勇一 筑波大学, システム情報系, 助教 (80780064)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: マルチスケール解析 / 破壊力学 / 損傷力学 / 結晶塑性 / 異方性損傷モデル / 脆性破壊 / き裂進展 / 計算力学

研究成果の概要

本研究では、金属の結晶組織の不均一性に起因する材料強度発現のメカニズムを解明するために、ミクロ構造を考慮可能なマルチスケールき裂進展解析手法を構築した。具体的には、従来のマルチスケール解析の欠点である周期境界による実現象とのかい離を解消し、ミクロ構造におけるき裂進展を微視的メカニズムに基づいてシミュレートすることで、無用な近似を使うことなく忠実にマクロ構造へ接続し、材料強度の予測可能とした。これにより、金属の結晶組織の不均一性に起因する材料強度およびバラつきの評価を行った。

自由記述の分野

計算力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

材料の破壊現象における長年の課題として、同一の材料でも部材ごとに異なる強度を示すバラつきの問題が知られている。しかしながら、既存の理論体系では金属をマクロ的に均一な材料とみなすために材料強度のバラつきの問題を理論的に解決できず、材料組織設計に耐えうるものとはなっていない。そこで本研究では、ミクロ構造におけるき裂進展を微視的メカニズムに基づいてシミュレートし、無用な近似を使うことなく忠実にマクロ構造へ接続する新たなマルチスケール解析手法を構築する。これにより、ミクロ構造の不均一性に起因する脆性破壊における強度発現のメカニズムを再現し、そのバラつきを予測可能とする。