トリプルスケール結晶塑性モデリング及び結晶粒微細化に伴う寸法効果に関するシミュレーション

A Triple-scale crystal plasticity modeling and simulation on size effect due to fine-graining

黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 只野 裕一*; 志澤 一之*

Kurosawa, Eisuke*; Aoyagi, Yoshiteru; Tadano, Yuichi*; Shizawa, Kazuyuki*

幾何学的に必要な結晶欠陥(GN転位密度及びGN不適合度)に基づく転位-結晶塑性モデルに均質化法を導入することで、転位の微視構造,結晶粒構造及び巨視構造という3階層を橋渡しするトリプルスケール結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いて、転位組織-結晶粒構造-試験片にまたがるマルチスケールFEM解析を初期粒径の異なるFCC多結晶に対して実施し、超微細粒からなるマクロな金属材料における寸法効果を数値解析的に再現した。さらに、得られた解析結果から、粒径のサブミクロン化に伴って結晶粒の微視的降伏は起こりにくくなること、並びに、超微細粒金属の延性の低下は降伏後の加工硬化率の減少に伴う塑性不安定性に起因することがわかった。

In this paper, a triple-scale crystal plasticity model bridging three hierarchical material structures, i.e., dislocation structure, grain aggregate and practical macroscopic structure is developed. The homogenization method is introduced into the Geometrically necessary (GN) dislocation-crystal plasticity model for derivation of the governing equation of macroscopic structure with the mathematical and physical consistencies. Using the present model, a triple-scale FE simulation bridging the above three hierarchical structures is carried out for f.c.c. polycrystals with different mean grain size. It is shown that the present model can qualitatively reproduce size effects of macroscopic specimen with ultrafine-grain. Moreover, the relationship between macroscopic yielding of specimen and microscopic grain yielding is discussed and the mechanism of the poor tensile ductility due to fine-graining is clarified.