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2014 年度 実績報告書

加工限界のひずみ履歴・材料組織依存性評価のためのミクロ数理損傷モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 24560132
研究機関大阪大学

研究代表者

大畑 充  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20294027)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード延性損傷 / ひずみ履歴 / 二相組織鋼材 / 不均質 / 損傷モデル / バウシンガー効果 / 三次元数値解析
研究実績の概要

延性損傷限界に及ぼすひずみ履歴依存性と組織形態の関係を解明するため,パーライト体積分率が異なる二種類のフェラート-パーライト二相組織鋼材と各構成相であるフェライトおよびパーライトの単相材料を作製して,負荷履歴を極端に変化させた場合の引張損傷限界評価試験を実施した。これにより,単調載荷の場合に比べて負荷履歴が変化することにより延性損傷限界が向上すること,また,その効果はパーライト分率が高いものほど顕著であることを見いだした。さらに,破断に至るまでの損傷進展の内部挙動の観察を行うことで,当該二相組織材料では,硬いパーライト相の破断ではなく,主として軟質のフェライトと硬質のパーライトの境界近傍のフェライト相側にて損傷が蓄積して微視き裂を形成し,最終破断を支配するとの知見を得た。また,新たな知見として,硬質のパーライト単相材では脆性的な破断(へき開型破壊)が生じるにもかかわらず,フェライト相中に分散した二相組織材料中では延性的な損傷挙動を呈することがわかった。このような新たな実験・観察事実から,部材内部での硬質パーライトの損傷挙動を解明するための実験・観察手法を提案し,設計・製作した。
二相組織鋼材中のひずみや応力の局在化挙動を再現するための数値解析モデルとして,ボロノイ法を利用して実材料不均質組織形態を再現可能な三次元不均質組織形態モデル化手法の提案とプログラミングを完了させた。さらに,数理損傷モデルとして,過去に提案した数理損傷モデルに,バウシンガー特性の力学的特性と材料学的特性を導入することで,ひずみ履歴変化に伴う材料強度と損傷の発展をシミュレートする新数理損傷モデルを提案し,プログラミングを完了させた。提案した解析モデルと数理損傷モデルを併用することで,フェライト-パーライト二相組織鋼材の延性損傷限界とそのひずみ履歴依存性が概ね予測できることを示した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Simulation-based method for hierarchal material design to improve ductile crack growth resistance of structural component2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Shoji, Mitsuru Ohata and Fumiyoshi Minami
    • 雑誌名

      International Journal of Fracture

      巻: 192 ページ: 167-178

    • DOI

      DOI 10.1007/s10704-015-9993-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 延性き裂進展抵抗を支配する材料延性に及ぼす不均質組織特性の影響予測 -複相組織材料の延性予測-2014

    • 著者名/発表者名
      庄司博人,大畑 充,南二三吉
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 100 ページ: 668-677

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Hierarchical Ductile Damage Simulation for Structural Performance-Based Material Design2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Ohata
    • 学会等名
      4th International Symposium on Steel Science (ISSS2014)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2014-11-03 – 2014-11-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Hierarchical Damage Simulation for Structural Performance-Based Material Design2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Ohata
    • 学会等名
      The 4th East Asia Symposium on Technology of Welding & Joining (4th EAST-WJ)
    • 発表場所
      Xi’an, China
    • 年月日
      2014-10-21 – 2014-10-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical simulation of flat-to-slant ductile fracture transition in notched plate2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Ohata
    • 学会等名
      20th European Conference on Fracture (ECF20)
    • 発表場所
      Trondheim, Norway
    • 年月日
      2014-07-01 – 2014-07-03

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公開日: 2016-06-03  

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