| 研究課題/領域番号 |
25289001
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 研究機関 | 山形大学 |
|---|
研究代表者 |
黒田 充紀 山形大学, 理工学研究科, 教授 (70221950)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| キーワード | 機械材料・材料力学 / 結晶塑性 / 寸法効果 |
|---|
| 研究概要 |
マイクロメートル領域における金属材料の機械的性質は著しい寸法依存性を示す．本研究では，代表的な次の３つのタイプの寸法効果を考える：（１）部材そのものが小さいことによる寸法効果，（２）多結晶金属における結晶粒サイズの効果，（３）分散強化機構における介在物のサイズの効果．H25年度は，主に（１）の寸法効果に関する研究を実施し，年度終了時点で次のような実績状況にある．
(a) 高性能計算環境の整備：本研究を進める上での基盤となる代表者が提案中のミクロンスケール塑性論を搭載した３次元非線形有限要素解析自主開発コードを，本研究課題で新たに導入した高性能ワークステーション上で稼動させた．(b) 部材寸法減少に伴う単結晶のモードに関する検討： マイクロピラー（直径20μm程度以下）の圧縮実験を基本的な問題と位置づけ，様々な結晶方位に対する３次元有限要素解析を行い実験で観察される特異な変形モードが幾何学的必要転位の蓄積の帰結であるという知見を固めた．(c) サイズ減少に伴う流動応力の上昇に関する検討: 直径が数十μmを下回るマイクロピラーの初期降伏応力は劇的に大きくなる．文献調査やトライアルの計算から，この現象の第一義的要因は，転位源寸法そのもののサイズが制限されることによるものである可能性が高いという見解を得た．(d) 繰返し負荷に対するバウシンガー効果の発現機構：マイクロピラーに繰返し横荷重を加える解析を行った．表面から自由に転位が抜け出す微視的境界条件が特徴的な内部応力を生み出し，これがバウシンガー効果に繋がることを３次元問題において確認した．(e) 当初計画では次年度の予定であった反転負荷時のバウシンガー実験の予備試験と微細結晶粒試験片の試作を前倒しで開始した．
以上の一部は国際学会で発表した．確固たる総合的知見として公表することが求められる学術論文の発表は今後の課題である．
|
| 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
年度当初予定していた高性能計算環境の整備，部材寸法減少に伴う単結晶の変形モードに関する検討，サイズ減少に伴うマクロ流動応力の上昇に関する検討，繰返し負荷に対するバウシンガー効果の発現機構の検討（表面の微視的境界条件の効果）の項目については，実績の概要に記載のとおり概ね順調に進展した．また，当初計画ではH26年度に整備する予定であった反転負荷時のバウシンガー効果測定実験の予備試験と微細結晶粒試験片の試作を前倒しで着手できたことは次年度への繋がりの点でも好ましいことである．本研究が新しい学説を提唱する性格のものであることを考慮し，学術論文に関しては次年度の研究成果を得た上で今後慎重に準備したい．
|
| 今後の研究の推進方策 |
H26年度においては，多結晶金属における粒界の影響を含めた結晶粒サイズ効果に対して，物理に立脚した解釈を行い，それを反映した理論モデルの構築を目指す．
(a) 粒界の役割を調査するための実験研究と粒界モデルの構築：次の計画で推進する方策である．(i) 繰返し重ね接合圧延(ARB)で作成した微小結晶粒板材を焼き鈍して粒径を変化させた材料を作製する．(ii) 引張り予ひずみを与えた試験片に反転負荷（圧縮）を与えてバウシンガー効果を観察する．(iii) 粒界付近に堆積する転位の様子をTEMにより観察・解析する．この試験結果ならびに他研究者による粒界の性質に関する実験結果を広く集めて考察した上で，独自の粒界モデルを定式化してミクロンスケール塑性論に組込む．
(b) 粒界モデルのシミュレーションコードへの導入：先ず簡単な解析対象として bi-crystal（粒界面は一つのみ含む）を考え，そこに粒界モデルを組み込めるよう解析コードを拡張する．既往のbi-crystal微小金属の力学挙動に関する実験結果を参考にしてモデルの妥当性を検証する．bi-crystalモデルによる十分な検討の後，多結晶体のモデルに拡張してモデルの妥当性を総合的に評価する．
(c) 部材レベルの寸法効果と粒径効果の共通性についての研究：表面を持つFree standing部材の寸法効果と粒界がもたらす寸法効果の共通性と差異について統一見解を得ることを目指す．
|
| 次年度の研究費の使用計画 |
総額の直接経費5,100,000円のうち次年度使用額238,774円である，次年度使用額は全体の5%以内である．研究は実質的にほぼ計画通りに進んでいる．次年度使用額が生じた主な理由は，次の通りである．（１）当初300万円を見込んだ科学技術計算用ワークステーションの購入費用が仕様の充実のため約350万円となった，（２）次当初計画では国内学会へも参加する予定でいたが，発表内容の重複を避けるために国際学会を優先し，国内を取りやめた，（３）大学院生を研究補助に雇用することを念頭に人件費を計上していたが結果としてすべての業務を代表者が行うことが可能と判断できたために雇用を取りやめた，の３つの差し引きで生じた．
次年度使用額238,774円は，次年度の物品費に組み入れて実験研究の消耗品関係に充てる計画である．
|
