最新の知見に基づく寸法依存塑性論の再考と高度化

基于最新知识重新思考和改进尺寸相关塑性理论

基本信息

批准号：
22K03804
负责人：
黒田充紀
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ひずみ勾配塑性論は，金属材料の力学応答の寸法効果を表現できるとして２０年来世界中で活発に研究されてきた．ところが，最近（2018年頃から），同理論は実験結果を正しく説明できず定量性に欠ける（多くの理論が寸法効果を過大評価する）という批判を受けている．この疑義を根本から検討し解決することが本研究の第一の目的である．令和4年度中には，まず，研究に用いる計算機環境（40コアワークステーション）とソフトウェア（自主開発有限要素法コード）の整備を行った．計算コードと計算環境をテストするためにいくつかの予備的解析を行なった．次に，最新の文献調査を行い，これまでの研究代表者の提案理論も踏まえて，ひずみ勾配塑性理論の拡張と修正に着手した．ひずみ勾配塑性理論は，従来代数方程式であった降伏関数に塑性ひずみの空間勾配項を導入するため，既往の材料力学理論よりも支配法的式の数が増える．これに付随して付加的な境界条件を考慮する必要がある．一般には，境界条件は当初設定したものから変化しないものと仮定されるが，実際の物質では界面や表面における境界条件が変形と共に変化する可能性は否定できない．従来理論における境界条件不変の仮定が，実験と理論予測の乖離の主要因であるとの仮説を立て，これを新理論構築の軸とした．さらに，本研究では，熱力学法則を構成式決定のガイドラインとする方針を新たに採用した．等温変形過程であっても熱力学法則による拘束を考慮すると，構成式を規定する際にその定式化に一定の制限が現れ理論構築の見通しが良くなる．以上のように，計算機環境の整備，有限要素法コードの自主開発，関連文献の調査，可変境界条件と熱力学法則による拘束を考慮した修正ひずみ勾配塑性論構築の基盤整理が令和４年度の研究実績である．

应变梯度可塑性已在世界范围内积极研究20年，因为它可以表达金属材料的机械响应的维效应。但是，最近（从2018年左右开始），该理论因未能正确解释实验结果和缺乏定量性而受到批评（许多理论高估了维度效应）。这项研究的主要目的是从根本上检查和解决这一疑问。在2022财政年度，我们首先开发了用于研究的计算机环境（40个核心工作站）和软件（自愿开发有限元代码）。进行了几项初步分析以测试计算代码和计算环境。接下来，我们进行了最新的文献综述，并考虑到迄今为止主要研究者提出的理论，开始扩展和修改应变梯度可塑性的理论。应变梯度可塑性理论将塑性应变的空间梯度项引入了产量函数，这是一个常规的代数方程，因此管理方程的数量比以前的材料力学理论增加了更多。必须考虑其他边界条件。通常，假定边界条件不会从最初设定的情况下变化，但是不能排除在实际材料中，在实际材料中，接口和表面的边界条件可能会随变形而变化。我们创建了这样一个假设，即传统理论中边界条件不变性的假设是实验和理论预测之间偏差的主要因素，这被用作构建新理论的轴。此外，这项研究采用了一项新政策，在该政策中，热力学定律是确定本构公式的指南。即使在等温变形的过程中，在考虑基于热力学定律的约束时，在定义本构方程时，某些限制也会出现在公式中，以及构建理论的前景会得到改善。如上所述，我们对2022财年的研究结果包括计算机环境的开发，有限元代码的独立开发，相关文献的研究以及根据热力学定律的可变边界条件和约束来考虑修订后的应变梯度可塑性理论。