天田財団_助成研究成果報告書2024
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■キーワード:■結晶塑性解析,その場回折試験,格子ひずみ■■ 1m =)=1g )++=)))(() ここで,(0は,それぞれすべり系αの分解せん断応力,ひずみ速度依存性指数,および参照せん断0sgn)(−)は加工硬化挙動を1exp−,および(1)を次式で仮定する. 1.研究の目的と背景■計算機の高速化やメモリの大容量化に伴い,結晶塑性構成式を導入した数値解析手法の利用が拡大している.特に塑性異方性が顕著な材料においては,微視的変形機構の活動度を適切に考慮することで,集合組織の発達や巨視的変形挙動の異方性を合理的に表現可能であることから,今後も応用が拡大するものと考えられる.また,材料科学分野においては,結晶塑性有限要素法(CPFEM)1,2)や結晶塑性高速フーリエ変換(CPFFT)3~5)を用いた不均一変形挙動の解析が盛んに行われている. 結晶塑性解析を実施する上で問題になることの■つとして,材料パラメータ同定の困難さがある.特に等価ではない複数の変形機構が存在する場合や複相合金の場合は,異なる材料パラメータの組合せで同一の巨視的変形挙動が表現できてしまう場合もあり,付加的なフィッティング対象を用いた系統的なパラメータ同定手法の構築が求められる.付加的フィッティング対象としては,デジタル画像相関法(DIC)等により取得される不均一変形に関するデータや集合組織発達データ,様々な負荷条件で系統的に実施した材料試験データ,さらに放射光や中性子線を利用したその場回折試験により得られる格子ひずみ発達に関するデータ等がある6~9).特に格子ひずみ発達は,結晶配向ごとに得られる変形中の塑性変形機構の活動が反映された平均情報であるため,塑性変形に関連する材料パラメータの同定に用いられることが多い.しかしながら,格子ひずみ発達を再現するためのパラメータ同定は未だに試行錯誤的に行われており,多大な時間と労力を要している. 本研究では,より現実的な結晶塑性解析を実施するために必要な材料パラメータ同定を効率的に実施する手法の確立を目的として,格子ひずみ発達をフィッティング対象としたパラメータ同定手法の構築を試みた.具体的には,パラメータ同定における試行錯誤的なプロセスをできるだけ自動化することを目的として,勾配法およびメタヒューリスティックアプローチの1つである遺伝的アルゴリズム(GA)による最適化の導入を検討した. ■2.解析方法■■ ・■■結晶塑性構成式■■本研究ではPeirceら1)により提案された速度依存型結晶塑性構成則を導入した大変形有限要素法を用いた.すべり系αのせん断ひずみ速度(熊本大学■大学院先端科学研究部■( ■ ■年度■一般研究開発助成■■■■ ■ ■■ ■■■■)■教授■眞山■剛■()()g),m,および()ˆdd ここで,()はすべり系間の相互作用を表現する係数であるが,本研究ではすべての組合せが等価であると仮定して,()ˆは,全すべり系の累積すべり量Γの関数である次式Voce則を用いた. ()()1()ˆ0()ひずみ速度を表している.速度依存性が十分に小さいとき,式(1)中()gはすべり系αの臨界分解せん断応力(CRSS)と近似的に一致する.すべり系レベルでの加工硬化挙動を表現する()gの発展則として,本研究では下記の硬化則を用いた. ()()本研究では解析対象を複相マグネシウム(Mg)合金である長周期積層(LPSO)型Mg-Zn-Y合金10,11)とした.本合金はα-Mg相とLPSO相からなる二相合金であり,α-Mg相は商用Mg合金と同様,底面すべり系,柱面すべり系,二次錐面すべり系および{1012}双晶系が主要な変形機構である.一方,LPSO相はその複雑な原子構造に起因して錐面すべり系と双晶系の活動が抑制され,底面すべり系が主要な変形機構であり,柱面すべり系もわずかに活動する.以上のことから,本研究では図1に模式的に示す変形を考慮した.対象とする合金はLPSO相を40%程度含むMg94Zn2Y4合金鋳造材12~14)とし,初期ランダム集合組織に対応する初期方位を各結晶に与えた. =を用いた.また,式(2)中の( ()0()1(1) (2) (3) − 145 −その場回折試験と格子ひずみ解析による■塑性パラメータ最適化手法の構築■)(()1 ,(,(上式中の(010表現する材料パラメータである. ■ ・ ■解析モデル■

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