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本研究では、従来までの『溶接割れ感受性評価試験方法』におけるプロセス物理／材料科学／力学の相互作用により生じる複雑な材料挙動に対する理解の深化に貢献することを目指し、冶金・力学統合モデリングによる高度溶接シミュレーション技術の構築に取り組んだ。
トランスバレストレイン試験を模擬した数値シミュレーションモデルを構築し、溶融凝固過程でのひずみ挙動を定量的に評価することができた。加えて、溶接現象その場観察技術を活用し、上記の数値シミュレーションによる結果と比較検証した結果、両者は定量的にもよく一致する傾向を示し、十分な精度を有していることが示された。また、従来から広く知られているひずみ挙動とは異なる挙動が実際には生じていることが、数値シミュレーション・その場観察の両者から見出された。
また、溶接熱弾塑性解析によって得られる力学的特性を基に溶接部ミクロ組織レベルでの弾性・塑性の結晶異方性を考慮できる結晶塑性有限要素解析手法によるミクロレベルの応力場・ひずみ場評価手法について検討を行い、実機等を想定した溶接部におけるミクロ組織レベルでの力学的特性評価への展開も図った。
最終年度では、凝固過程でのミクロ組織レベルでのひずみ挙動に関して数値シミュレーションにより検討を行い、液相から固相への相変化に伴ってデンドライト境界近傍で応力・ひずみが局所的に大きく生じることを評価することができ、割れの発生メカニズムに関するより詳細な理解につながることが示唆された。加えて、従来から知られているひずみ挙動とは異なることが確認されている局所的に大きなひずみの発生に対する溶接諸条件の影響について系統的に調査することで、このひずみ挙動の発生特性をより定量的に明らかにすることができたとともに、溶接パラメータを用いてこのひずみ挙動を統一的に整理できる方法についても提案を行なった。
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