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．

这项研究旨在定量理解根据镁合金的结构，加载模式和负载方向发生的奇异机械行为，并且从获得的结果中，我们旨在建立一种最大化所需功能的2D细胞样结构设计方法。 2022年的第二年，主要集中于第一年下半年设计的梳状标本，以及通过更改AZ31镁合金2D单位电池的设计参数制成的测试标本，该标本是通过激光处理制造的，是通过激光处理制造的，并通过张力弯曲测试进行了浓度浓度的浓度和浓度的均应效果。目前，围绕浓缩变形的曲率部分形成了细点模式，还通过显微镜观察评估了局部应变分布。同时，我们还使用弹性塑料有限元方法分析与分析结果进行比较，该结果假定各向同性性质。获得的结果表明，细胞宽度和曲率之间的关系会影响刚度，通过提供曲率的线性截面以适当的长度，应力（应变）浓度降低并提高了塑性变形能力，并提高了诸如曲率反转的新问题，当线性截面长度超过适当的范围时，会导致曲线范围等新问题。这些发现中的一些已经在学术会议上报道。此外，对镁合金标本的实验结果和分析结果的比较表明，变形双胞胎的活性会影响负载置换关系和塑性变形能力。除了对2D单位细胞结构的上述研究外，我们还尝试制造一种新的拉伸弯曲测试装置，该设备可以逐步控制镁合金方形条的弯曲和张力比。尽管仍然存在一些问题，但我们已经确认可以应用几乎完全是预期的张力弯曲。

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

AZ31マグネシウム合金における圧縮塑性変形特性と成形限界の静水圧応力依存性に関する検討

AZ31镁合金压塑性变形特性及成形极限的静水应力依赖性研究