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

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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．