方向性気孔を有するポーラス金属におけるプラトー現象制御のための構造・材質最適化

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ポーラス金属とは内部に多数の気孔を有する金属であり, 軽量かつ衝撃吸収性に優れる. 特に本研究にて対象とする方向性気孔を有するポーラス金属は, 他種と比較して気孔率が比較的小さい故, エネルギー吸収量が大きいという特徴がある. 高い効率でエネルギーを吸収するためには, 圧縮過程において応力が一定であることが求められるが, 巨視的変形帯が発生すると応力の急減に繋がる. そこで本年度は, 方向性気孔を有するポーラス金属において, 変形帯の具体的な生成箇所を圧縮初期から予測する研究を主に行った.複数の初期配置を有するポーラス金属について, 有限要素シミュレーションによる圧縮変形の模擬を行い, 圧縮ひずみ1.0%と10.0%での相当塑性ひずみ分布を軸に比較した. 各セル壁におけるひずみの最大値を用いてグラフ構造を作成し, ひずみの平均値が最大となる経路を探索した. 異なる圧縮ひずみ間で同一の経路探索結果が得られるか検証し, 特定の条件を満たす場合圧縮ひずみ1.0%における経路探索結果が圧縮ひずみ10.0%における変形帯と一致すると明らかにした.以上の研究成果について, ポーラス材料分野で権威ある国際学会であるCellMAT2022 (Dresden, Germany)にて口頭発表を行った. 加えて, プレプリントとしても広く公開している. グラフ理論をポーラス金属の力学特性に応用する本研究は, 産業界と学術界いずれからも高い興味関心を持って受け止められた.今後は確立した予測手法を基に, 変形帯生成の抑制に必要な構造を明らかにすることを目的として実施する.