Modeling and simulation on ultrafine-graining based on multiscale crystal plasticity considering dislocation patterning

転位パターニングを考慮したマルチスケール結晶塑性に基づく微細粒のモデリングとシミュレーション

青柳 吉輝*; 小林 遼太郎*; 加治 芳行  ; 志澤 一之*

Aoyagi, Yoshiteru*; Kobayashi, Ryotaro*; Kaji, Yoshiyuki; Shizawa, Kazuyuki*

本研究では、セル構造及びサブグレインに関する転位パターニングを表現する反応-拡散方程式を導出する。変形場における転位パターンの生成を表現するために、すべり速度,応力,セル構造形成における転位の相互作用の効果に関する情報を反応-拡散方程式の反応速度係数に導入する。さらに、転位パターニングに基づくマルチスケール結晶塑性モデルを提案する。そこで、本モデルを用いてFCC多結晶体の強ひずみ圧縮変形させる場合の擬3次元有限要素法-差分法シミュレーションを実施する。セル構造,サブグレイン,高密度転位壁の形成、並びに結晶粒のサブディビジョン化といった結晶微細化の初期プロセスを再現する。また、転位組織が超微細粒の形成に及ぼす影響について検討する。

In this study, we derive reaction-diffusion equations for dislocation patterning of dislocation cell structures and subgrains. In order to express the generation of dislocation pattern responding to deformation progress, information of slip rate and stress and effect of interactions between slip systems on formation of cell structures are introduced into the reaction rate coefficients of reaction-diffusion equations. Moreover, we propose a multiscale crystal plasticity model based on dislocation patterning. Then we carry out pseudo-three-dimensional FE-FD hybrid simulation for severe compression of FCC polycrystal using the present model. Some processes of ultra fine-graining, i.e., generation of dislocation cell structures, subgrains, dense dislocation walls and lamella subdivisions with high angle boundaries are numerically reproduced, and we investigate the effect of dislocation behavior on the processes of ultrafine-graining.