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論文

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

青柳 吉輝*; 小林 遼太郎*; 加治 芳行; 志澤 一之*

International Journal of Plasticity, 47, p.13 - 28, 2013/08

 被引用回数:21 パーセンタイル:22.57(Engineering, Mechanical)

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。

論文

Simulation on nanostructured metals based on multiscale crystal plasticity considering effect of grain boundary

青柳 吉輝; 下川 智嗣*; 志澤 一之*; 加治 芳行

Materials Science Forum, 706-709, p.1751 - 1756, 2012/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:36.05

本研究では、粒界の影響を考慮した結晶塑性モデルを構築した。粒界の存在に起因する局所的な臨界分解せん断応力の増加を表現するために、結晶塑性論における硬化則に転位源としての役割を有する粒界の情報を導入した。さらに、本モデルを用い、FCC多結晶を想定したFEM解析を行い、降伏応力の増加や加工硬化率の減少といったバルクナノメタルの応力-ひずみ応答を再現した。本結果に基づき、転位挙動がバルクナノメタルの材料特性に与える影響を検討した結果、粒径の減少に伴う降伏応力の増加及び加工硬化率の減少は局所的な臨界分解せん断応力及び転位挙動に起因するといった知見を得た。

論文

再結晶現象に対する結晶格子スケールの離散的保存則の定式化

村松 眞由*; 青柳 吉輝; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 77(780), p.1304 - 1319, 2011/08

まず再結晶過程における結晶格子を棒要素としてモデル化し、その運動学について論じた。次に、新相及び母相で構成される材料において、混合理論との類似性から混相理論としての保存則を定式化した。特に、結晶格子オーダーの離散量に対する保存則をメゾ領域である代表体積要素(RVE)内で加算平均することで、2相物質におけるいずれか一方の単相に対する質量,運動量,角運動量及びエネルギーの保存則を定式化した。ここで、角運動量保存則及びエネルギー保存則には結晶格子のスピン運動とRVE内での公転運動の情報が導入されるが、対象となるバルクスケール及び結晶格子スケールに特有の長さを代表量に選んでオーダー評価し、角運動量保存則をバルク部分及び結晶格子部分に分離した。この処理を介することで、結晶格子のスピン角運動量を考慮する場合でもCauchy応力の対称性が維持できることを示唆した。また、微視的角運動量が導入された本モデルが、一般化連続体力学のいかなるモデルに対応あるいは類似しているかについても言及した。さらに、上記のようにRVE内で平均化された保存則は、RVEを連続体の1物質点に帰着させることにより、新相あるいは母相の保存則となり、混合理論における保存則として定式化された。

論文

転位パターニングに基づく結晶粒超微細化に関するマルチスケール結晶塑性シミュレーション

青柳 吉輝; 小林 遼太郎*; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 77(775), p.448 - 461, 2011/03

転位セル構造の形成及びセルサイズ減少を再現する反応-拡散方程式を導出し、すべり速度及び応力といった変形場の情報を考慮した反応速度係数モデル及びセル構造形成に関する転位の相互作用を考慮した反応速度係数モデルを提案した。また、反応-拡散方程式から得られる転位密度情報を結晶塑性論における結晶の硬化則に導入することによって転位パターニングを考慮した転位-結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いてFEM-FDM連成解析を行い、転位パターニングに基づく結晶粒微細化の初期プロセスを再現し、転位組織が超微細粒の形成に及ぼす影響について検討した。

論文

FCC超微細粒焼鈍材の降伏点降下現象に関するトリプルスケール転位-結晶塑性シミュレーション

黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 76(772), p.1547 - 1556, 2010/12

転位源としての粒界の役割を考慮し、転位密度が極めて低い結晶粒において流れ応力が変形の初期段階において一時的に増加することを表現できる新たな臨界分解せん断応力モデルを構築した。また、本モデルを既報で構築したトリプルスケールGN転位-結晶塑性モデルに導入した。本モデルを用いて、転位組織-結晶粒構造-巨視的試験片にまたがるマルチスケールFEM解析を初期粒径及び初期転位密度の異なるFCC多結晶に対して実施し、焼鈍されたFCC微細粒からなるマクロな試験片に発現する降伏点降下現象及びL$"{u}$ders帯の伝播を数値解析的に再現した。さらに、試験片レベルでの巨視的降伏及び結晶粒レベルでの微視的降伏状況について考察するとともに、粒径の減少に伴う降伏後の変形挙動の違いについて検討した。

論文

サブグレインからの核生成と核成長に関する静的再結晶Phase-Fieldシミュレーション

村松 眞由*; 味岡 秀恭*; 青柳 吉輝; 只野 裕一*; 志澤 一之*

材料, 59(11), p.853 - 860, 2010/11

本研究では、多結晶を対象として、静的再結晶現象における3段階の過程を連携して数値計算するための手法を構築した。まず、反応-拡散方程式に基づいた転位-結晶塑性有限要素法解析を行って得られるサブグレインパターンに基づいて再結晶核となり得る核候補の選定を行った。次に得られた核候補に基づいて核生成に関するPhase-Fieldシミュレーションを行った。さらに得られた情報をもとに自律的な核生成潜伏期間を考慮した核成長Phase-Fieldシミュレーションを行った。得られた数値解析の結果から、転位-結晶塑性有限要素法解析によって得られる結果に基づいて再結晶の核生成・核成長に関するPhase-Fieldシミュレーションを行えば、再結晶の回復,核生成,核成長を連携的に再現することが可能であるという知見を得た。また、核内のサブグレイン合体時間が群ごとに異なることによって、一定核生成速度モデルなどを用いることなく核生成の潜伏期間が表現された。

論文

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

黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 只野 裕一*; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 76(764), p.483 - 492, 2010/04

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。

口頭

超微細粒焼鈍材に発現する特異な力学的特性に関する転位-結晶塑性シミュレーション

青柳 吉輝; 志澤 一之*

no journal, , 

強ひずみ温間・冷間圧延などによって創製される超微細粒金属は、卓越した強度を有する構造材料として注目が集まっており、計算力学を援用してその力学的評価方法を開発することが材料組織制御や圧延加工の分野で期待されている。本研究では、転位密度が極めて低い結晶粒が超微細粒焼鈍材に存在することを考慮し、これらの粒では塑性変形の素因となる転位源の枯渇から流れ応力が変形の初期段階で一時的に増加することを表現できる新たな臨界分解せん断応力モデルを提案した。また、本モデルを幾何学的に必要な結晶欠陥及び均質化法に基づくトリプルスケール結晶塑性モデルに導入し、FCC超微細粒焼鈍材に発現する降伏点降下現象及びリューダース帯の伝ぱを数値解析的に再現した。さらに、試験片レベルでの巨視的降伏と結晶粒レベルでの微視的降伏の関係並びに粒径に依存した結晶粒の降伏挙動の違いについて検討し、超微細粒焼鈍材においても、0.2%耐力を巨視的な降伏点とみなすのは妥当であるという知見を得た。

口頭

転位の増殖率を考慮した反応-拡散モデルの提案及び結晶粒超微細化に関する転位-結晶塑性シミュレーション

青柳 吉輝; 志澤 一之*

no journal, , 

これまでに転位パターニングを支配する反応-拡散モデルを構築し、それに基づく強ひずみ誘起の結晶粒微細化プロセスを再現してきた。その際、応力の増加に伴って拡散係数のみを変化させることによって転位パターニングを表現し、幾何学的に必要な結晶欠陥の増加に伴って不動転位密度を上昇させていた。しかしながら、この方法は適用できる現象の範囲が限定されやすいという難点がある。そこで本報では、反応-拡散モデルに応力に依存した可動転位の増殖率を新たに導入し、それを介して応力情報を転位密度の基準値に反映させることで、より自然に誘発される転位パターニングを表現する。また、本モデルを用いた有限要素法解析を行い、セル形成,サブグレイン遷移,サブグレイン壁の高密度転位壁への発展並びにラメラ状サブディビジョンの形成を再現し、転位パターンが超微細粒形成に及ぼす影響について検討する。

口頭

A 3D multiscale crystal plasticity simulation on ultrafine-graining of FCC polycrystal based on dislocation patterning

青柳 吉輝; 志澤 一之*

no journal, , 

近年、卓越した強度を有する金属材料として超微細粒金属が注目を集めている。強ひずみ加工による結晶粒微細化のプロセスは、セル構造・サブグレインを経て高密度転位壁が形成され、マイクロバンドさらにはラメラ状組織へ発展し、大角粒界で囲まれたサブディビジョンが形成されるというものである。本研究では、反応-拡散モデルに応力及び他のすべり系の活動状況に依存した可動転位の増殖率を新たに導入し、それを介して応力情報を転位密度の基準値に反映させることで、より自然に誘発される転位パターニングを表現する。また、本モデルを用いたFEM解析を行い、セル形成,サブグレイン遷移,サブグレイン壁の高密度転位壁への発展並びにラメラ状サブディビジョンの形成を再現し、転位パターンが超微細粒形成に及ぼす影響について検討する。

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