Optimal design of 2D cell type structure of magnesium alloys considering mechanical characteristics induced by deformation twins

考虑变形孪晶力学特性的镁合金二维胞状结构优化设计

基本信息

批准号：
21K03781
负责人：
清水一郎
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Okayama University of Science
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

项目摘要

本研究は，マグネシウム合金の組織と負荷様式および負荷方向に依存して生じる特異な力学的挙動を定量的に理解し，得られた結果から，所望される機能を最大限に発現する２Ｄセル状構造体設計手法の確立を目指すものである．2022年度は２年目として，初年度後半に考案した櫛形試験片を主対象とし，AZ31マグネシウム合金製２Ｄ単位セル構造の設計パラメータを段階的に変えた試験片をレーザー加工によって作製して引張り曲げ試験を行い，各設計パラメータがセル構造の剛性や荷重－変位関係，応力（ひずみ）集中に及ぼす影響を調べた．その際，変形が集中する曲率部周辺に微細なドットパターンを設け，顕微鏡観察により局所的なひずみ分布の評価も実施した．同時に弾塑性有限要素法解析も併用し，等方性を仮定した解析結果との比較を行った．得られた結果から，セル幅と曲率の関係が剛性に影響を及ぼすこと，曲率部に適切な長さの直線部を設けることによって応力（ひずみ）集中が低減され塑性変形能が向上すること，ただし直線部長さが適切範囲を超えると曲率反転などの新たな問題が生じることなど，２Ｄセル構造の最適設計に極めて有益な知見を蓄積することができた．これらの知見は，既に一部を学会にて報告している．また，マグネシウム合金製試験片の実験結果と解析結果の比較から，変形双晶の活動が荷重－変位関係および塑性変形能に影響を及ぼすことがわかった．以上の２Ｄ単位セル構造に関する研究に加え，マグネシウム合金角棒材に対して，曲げと引張りの割合を段階的に制御可能な新しい引張り曲げ試験装置の製作を試みた．まだ幾つか課題は残っているものの，ほぼ想定に近い引張り曲げを付与可能なことを確認している．

在这项研究中，我们的目标是定量地了解根据镁合金的结构、加载方式和加载方向而发生的独特机械行为，并根据获得的结果，我们的目标是开发一种二维蜂窝结构，最大限度地提高所需的功能目的是建立一种结构设计方法。 2022年，即第二年，我们将主要关注第一年下半年设计的梳状测试件，我们将使用激光加工来制造测试件，其设计参数为二维晶胞结构，对经过阶段性变更的AZ31镁合金进行拉伸弯曲试验，研究各设计参数对单元结构的刚性、载荷-位移关系、应力（应变）集中的影响。当时，我们在变形集中的曲率周围创建了精细的点图案，并通过显微镜观察评估了局部应变分布。同时还采用了弹塑性有限元分析，并与假设各向同性的分析结果进行了比较。所得结果表明，单元宽度和曲率之间的关系会影响刚性，并且在弯曲部分中设置适当长度的直线部分可以减少应力（应变）集中并提高塑性变形能力，但是我们能够积累非常有用的知识。用于二维细胞结构的优化设计，例如直线长度超出适当范围时出现的曲率反转等新问题。其中一些发现已在学术会议上报告。此外，镁合金试样的实验和分析结果的比较表明，变形孪晶的活动影响载荷-位移关系和塑性变形能力。除了上述对二维晶胞结构的研究外，我们还尝试创建一种新的拉伸弯曲试验装置，可以对方形镁合金棒材进行阶段性控制弯曲和拉伸的比例。尽管还存在一些问题，但我们已经确认可以应用几乎符合预期的拉伸弯曲。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マグネシウム合金製ステント設計のためのひずみ勾配を伴う面内曲げ試験法の開発

镁合金支架设计中应变梯度面内弯曲测试方法的开发

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jingtian Mao;Hiroshi Usuki;Sho Morita;Chikara Morigo;Yusuke Morigo and Shinji Yukinari;村山凌太朗，小武内清貴，大窪和也;Izuru NISHIKAWA;植田隼平，清水一郎，和田　晃
通讯作者：
植田隼平，清水一郎，和田　晃

引張曲げによるAZ31マグネシウム合金のひずみ勾配を伴う塑性変形挙動評価法の基礎的検討

AZ31镁合金拉伸弯曲应变梯度塑性变形行为评价方法基础研究