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

基本信息

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

项目摘要

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．

我们关注所有结构材料中隐藏的不均匀性，即微观结构的“波动”，突破目前依赖经典塑性理论的结构分析状态。由于材料具有微观的“波动”，纳米和微米尺度的数值模拟尚未能够再现材料的宏观力学性能。在这项研究中，我们根据模拟微观结构的变形模拟结果，统计预测结构材料宏观力学性能中发生的“波动”。今年，我们开发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定向程度在有限元分析模型中再现纹理的方法。接下来，进行轧制模拟以定量地阐明RSS与轧制后位错密度增加之间的关系。我们还提出了一种根据宏观变形条件和晶体取向计算RSS的方法，并提出了一种结构塑性的FEM分析方法，该方法根据晶体取向信息考虑了每个滑移系的位错密度分布。验证该方法有效性的结果发现，RSS值越大，轧制后的位错密度越高。此外，当轧制增加了 RD 中具有大施密德因子的滑移系统的位错密度时，这种高位错密度的影响会影响 RD 拉伸期间的自硬化，以及 TD 拉伸期间的潜在硬化，屈服应力变得更高。什么时候此外，还发现仅考虑基于取向度的晶体取向分布的分析模型无法再现足够的机械各向异性。在考虑了取向程度的晶体取向分布和依赖于晶体取向分布的轧制诱发位错密度增加分布的解析模型中，出现了仅因晶体取向分布而不足的机械各向异性。，并且实验结果两者吻合得很好。因此，很明显，为了再现轧制材料的机械各向异性，除了传统的晶体取向分布之外，还必须考虑位错密度分布。