Development of Statistical Plasticity for Reconstruction of Macroscopic Material Properties Induced by Microscopic Fluctuations

用于重建微观波动引起的宏观材料性能的统计塑性的发展

• 批准号: 21K03745
• 负责人: 青柳 吉輝
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03745/
• 关键词: ゆらぎ; 多結晶材料; 力学異方性; 結晶方位; 転位密度; 強圧延材料; 材料特性予測; 微視的ゆらぎ; 極値統計解析; 統計塑性学; 材料特性; ゆらぎ; 多結晶材料; 力学異方性; 結晶方位; 転位密度; 強圧延材料; 材料特性予測; 微視的ゆらぎ; 極値統計解析; 統計塑性学; 材料特性

あらゆる構造用材料の内部に潜む不均質性，すなわち微視的組織の「ゆらぎ」に注目し，古典的塑性論に頼った構造解析の現状を打破する．材料が微視的「ゆらぎ」を有するが故に，ナノ・マイクロスケールの数値シミュレーションでは材料の巨視的機械的特性を未だに再現出来ていない．本研究では，微視的構造を模擬した変形シミュレーションの結果に基づいて，構造用材料の巨視的機械的特性にも発現する「ゆらぎ」を統計学的に予測する．本年度は，圧延集合組織の配向を定量的に評価する手法を構築した．また，配向度に基づいてFEM解析モデルにおける集合組織を再現する手法を提案した．次に，圧延シミュレーションを実施し，圧延後のRSSと転位密度増加量の関係を定量的に明らかにした．また，巨視的変形条件および結晶方位からRSSを算出する手法を提案し，結晶方位情報に基づいてすべり系ごとの転位密度分布も考慮した結品塑性FEM解析方法を提案した．提案した手法の有効性を検証した結果，RSSの値が大きいほど圧延後の転位密度が大きくなることがわかった．また，圧延を行うとRDへのシュミット因子が大きいすべり系の転位密度が大きくなり，RD引張時にはその高い転位密度の影響が自己硬化として，TD引張時には潜在硬化として硬化に影響を及ぼしてTD引張時の降伏応力が高くなった．さらに，配向度に基づく結晶方位分布のみを考慮した解析モデルでは十分な力学的異方性は再現できないことがわかった．配向度を考慮した結晶方位分布と結晶方位分布に依存した圧延誘起の転位密度増量分布を考慮した解析モデルでは，結晶方位分布のみでは不十分であった力学的異方性が発現し，実験結果とも良く一致した．したがって，圧延材料の力学的異方性を再現するためには従来の結晶方位分布に加えて転位密度分布も考慮することが必須であることが明らかとなった．

着重于所有结构材料中隐藏的异质性，即微观结构的“部分”，我们将打破依赖经典可塑性理论的结构分析的当前状态。由于材料具有显微镜“分数”，因此纳米微观的数值模拟仍未再现材料的宏观机械性能。在这项研究中，我们从统计学上预测了基于模拟显微镜结构的变形模拟的结果，它也表现出结构材料的宏观机械性能。今年，我们建立了一种定量评估滚动纹理方向的方法。我们还提出了一种基于取向程度的FEM分析模型中纹理的方法。接下来，进行滚动模拟，以定量阐明滚动后RSS之间的关系和脱位密度增加的量。我们还提出了一种从宏观变形条件和晶体方向计算RSS的方法，并提出了一种分析部分结合可塑性FEM的方法，该方法还考虑了基于晶体取向信息的每个滑动系统的脱位密度分布。在验证了提出方法的有效性后，发现RSS值越高，滚动后的位错密度越高。此外，在滚动时，滑动系统的脱位密度在RD上具有很大的施密特因子，增加，在RD张力期间，高位错密度的效果是自我硬化的，TD张力在固化过程中受到潜在硬化的影响，导致TD张力期间高产量应力。此外，发现无法使用仅根据方向程度考虑晶体取向分布的分析模型来重现足够的机械各向异性。在一个分析模型中，考虑了取决于晶体取向分布的方向程度和滚动诱导的脱位密度的增加分布，机械各向异性不足以单独使用晶体取向分布，并且与实验结果保持了良好的一致性。因此，已经揭示了为了重现滚动材料的机械各向异性，除了常规的晶体方向分布外，还必须考虑脱位密度分布。