2013 Fiscal Year Research-status Report
複合鉄鋼組織のイメージベース有限要素モデリングによる延性破壊シミュレーション
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25820359
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
渡邊 育夢 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (20535992)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マルチスケール / イメージベースモデリング / 延性破壊 / 連続体損傷 / 複合組織鋼 |
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| Research Abstract |
Ferrite相とMartensite相で構成されるDual-Phase鋼の複合組織の延性破壊特性を三次元計測された組織情報を基に数値シミュレーションで予測するための技術開発を進めた。
イメージベースモデリングでは画素を有限要素とするボクセルモデリングが一般的であるが，本研究では相界面を抽出し，抽出された形態に対して有限要素メッシュを作成する方法を取る。このプロセスを実現するために，ソフトウェアの整備を行った。この場合，計算コストが膨大となるため，並列計算を利用するとともに，リーズナブルな計算コストに抑える方法を検討した。
延性破壊特性を評価するうえで鍵となる連続体損傷構成モデルと弾塑性構成モデルの定式化を進めた。改良は継続するものの，基礎となるプログラミングはほぼ済んでおり，検証を進めている。
本研究では各相内の異方特性は考慮しない予定であるが，Ferrite結晶粒の異方性の延性破壊特性の予測への影響を見積もるために，等方塑性構成モデルと結晶塑性構成モデルを適用した場合の比較研究を行った。Ferrite結晶粒の異方性を考慮した場合は結晶粒界付近に高い応力集中が確認され，時には引張静水圧および応力三軸度が高い箇所も確認された。ただし，Martensite相の体積分率・分布状態の影響を強く受け，体積分率が微小でなければ，結晶粒間よりも二相間の相互作用が強いことを確認した。
また，本研究を進める上で収集した情報を元に延性破壊のマルチスケールシミュレーションに関するレビュー記事を執筆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
材料組織の計測画像から有限要素モデルを作成するアプローチを重点的に進めた。有限要素メッシュ作成に課題があるがほぼ順調である。
連続体損傷を導入した弾塑性構成モデルは実験データを用いた材料定数同定について既往モデルを参考に改良を進めており，本年度中に開発が完了しなかったが計画に支障はない。
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| Strategy for Future Research Activity |
イメージベースモデリングに関して実際の計測画像を基に有限要素モデルの作成を試みる。また，計算コストを抑え，周期境界条件を付与するためのモデリング手法として並行して計測画像の情報を元に類似の周期組織を仮想的に発生させるモデリング手法の開発を試みる。
連続体損傷を導入した弾塑性構成モデルに関して，早急に基盤となるプログラムを作成・検証する。その後，既往のボイド損傷塑性理論に基づいて整理された応力三軸度などの実験データを利用できるような形式への改良を検討する。
両者を組み合わせて数値解析を実施し，計測画像と延性破壊を含む巨視的な材料応答およびそのメカニズムを議論できる数値解析システムを構築する。
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