Optimal design of 2D cell type structure of magnesium alloys considering mechanical characteristics induced by deformation twins

考虑变形孪晶力学特性的镁合金二维胞状结构优化设计

• 批准号: 21K03781
• 负责人: 清水 一郎
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Okayama University of Science
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03781/
• 关键词: 機械材料; マグネシウム合金; 塑性変形; ２Ｄセル状構造体; 変形双晶; ひずみ勾配; 静水圧依存性; セル構造体; 力学的性質

本研究は，マグネシウム合金の組織と負荷様式および負荷方向に依存して生じる特異な力学的挙動を定量的に理解し，得られた結果から，所望される機能を最大限に発現する２Ｄセル状構造体設計手法の確立を目指すものである．2022年度は２年目として，初年度後半に考案した櫛形試験片を主対象とし，AZ31マグネシウム合金製２Ｄ単位セル構造の設計パラメータを段階的に変えた試験片をレーザー加工によって作製して引張り曲げ試験を行い，各設計パラメータがセル構造の剛性や荷重－変位関係，応力（ひずみ）集中に及ぼす影響を調べた．その際，変形が集中する曲率部周辺に微細なドットパターンを設け，顕微鏡観察により局所的なひずみ分布の評価も実施した．同時に弾塑性有限要素法解析も併用し，等方性を仮定した解析結果との比較を行った．得られた結果から，セル幅と曲率の関係が剛性に影響を及ぼすこと，曲率部に適切な長さの直線部を設けることによって応力（ひずみ）集中が低減され塑性変形能が向上すること，ただし直線部長さが適切範囲を超えると曲率反転などの新たな問題が生じることなど，２Ｄセル構造の最適設計に極めて有益な知見を蓄積することができた．これらの知見は，既に一部を学会にて報告している．また，マグネシウム合金製試験片の実験結果と解析結果の比較から，変形双晶の活動が荷重－変位関係および塑性変形能に影響を及ぼすことがわかった．以上の２Ｄ単位セル構造に関する研究に加え，マグネシウム合金角棒材に対して，曲げと引張りの割合を段階的に制御可能な新しい引張り曲げ試験装置の製作を試みた．まだ幾つか課題は残っているものの，ほぼ想定に近い引張り曲げを付与可能なことを確認している．

This study は マ グ ネ シ ウ ム alloy の organization と load others type お よ び load direction に dependent し て raw じ る specific な mechanics 挙 を quantitative に understand し, too ら れ た results か ら, hoped さ れ る function を the deadline に 発 now す る 2 d セ ル shape structure design gimmick の establish を refers す も の で あ る. 2022 は 2 years と し て, at the beginning of year after half に test case し た pectinate test piece を Lord like と seaborne し, AZ31 マ グ ネ シ ウ ム or gold 2 d 単 セ の ル structure design パ ラ メ ー タ を Duan Jie of に - え た test piece を レ ー ザ ー processing に よ っ て cropping し て extension and り qu げ test を い, Each design パ ラ メ ー タ が セ ル tectonic の rigid や load - - a masato, 応 force (ひ ず み) concentrated に and ぼ す influence を adjustable べ た. そ の interstate, - shaped が concentrated す る curvature of weeks 辺 に imperceptible な ド ッ ト パ タ ー ン を け, 顕 micromirror 観 examine に よ り bureau of な ひ ず み distribution の review 価 も be applied し た. At the same time, the に elastic and plastic finite element method is used to analyze the に, and the <s:1> is determined by the を仮 isotropy を仮. The analysis results of the た are compared with those of the を line った. Results have ら れ た か ら, セ ル picture と curvature の masato が に influence を rigidity and ぼ す こ と, curvature of に appropriate な long さ の line department を け る こ と に よ っ て 応 force (ひ ず み) concentrated が low cut さ れ plastic - can form が す upward る こ と, た だ し straight minister さ が appropriate fan 囲 を super え る と curvature inverse planning な ど の new た な problem が raw じ る こ と な ど, 2Dセ セ construction <s:1> optimal design に extremely めて beneficial な knowledge を accumulation する とがで とがで た た The にて れら <s:1> is known to the にて, that is, に a を society にて report て て る る る. ま た, マ グ ネ シ ウ ム or gold test piece の be 験 result analytical results の と か ら, twin - shape の activity が load - - a masato お よ び plastic - shape can affect を に and ぼ す こ と が わ か っ た. の above 2 d 単 セ ル tectonic に masato す る research に え, マ グ ネ シ ウ ム alloy Angle bars に し seaborne て, qu げ と extension and り の cut close を Duan Jie may な に system initiates a new し い extension and り qu げ test device の try making を み た. ま だ several つ か subject は residual っ て い る も の の, ほ ぼ scenarios に nearly い extension and り qu げ を may give な こ と を confirm し て い る.

项目成果

マグネシウム合金製ステント設計のためのひずみ勾配を伴う面内曲げ試験法の開発

镁合金支架设计中应变梯度面内弯曲测试方法的开发

• 发表时间: 2023
• 作者: Jingtian Mao;Hiroshi Usuki;Sho Morita;Chikara Morigo;Yusuke Morigo and Shinji Yukinari;村山凌太朗，小武内清貴，大窪和也;Izuru NISHIKAWA;植田隼平，清水一郎，和田 晃
• 通讯作者: 植田隼平，清水一郎，和田 晃

引張曲げによるAZ31マグネシウム合金のひずみ勾配を伴う塑性変形挙動評価法の基礎的検討

AZ31镁合金拉伸弯曲应变梯度塑性变形行为评价方法基础研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 川邉直雄;河村拓昌;鈴木崇弘;山本研一;小林敏雄;井上敬章;坂井英児;冨永秀和;野口修平;服部和男;巽 明彦;小熊博幸;植松美彦;菅田 淳 ;西川 出;植田隼平，清水一郎，岡田拓真
• 通讯作者: 植田隼平，清水一郎，岡田拓真

AZ31マグネシウム合金における圧縮塑性変形特性と成形限界の静水圧応力依存性に関する検討

AZ31镁合金压塑性变形特性及成形极限的静水应力依赖性研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 程 航;西川 出;清水一郎
• 通讯作者: 清水一郎

AZ31マグネシウム合金製２次元薄板構造の力学的評価用菱形試験片形状がひずみ勾配に及ぼす影響

AZ31镁合金二维薄板结构力学评价中菱形试样形状对应变梯度的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Murayama Ryotaro;Obunai Kiyotaka;Okubo Kazuya;西川 出;神谷友彰，清水憲一，木村啓二，國立悦生;黒田大介;清水一郎，植田隼平，和田 晃，竹元嘉利
• 通讯作者: 清水一郎，植田隼平，和田 晃，竹元嘉利

AZ31マグネシウム合金薄板の引張曲げに伴うひずみ勾配制御のための試験片形状設計

AZ31镁合金薄板拉伸弯曲应变梯度控制试件形状设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 程 航;西川 出;植田隼平，清水一郎，瀬古智貴
• 通讯作者: 植田隼平，清水一郎，瀬古智貴