Development of the analysis on nanoindentation to evaluate mechanical properties using computational science

本研究ではコンピュータサイエンスを活用し、様々な状況下におけるインデンテーションをシミュレーションすることにより、局所領域の力学特性評価法であるナノインデンテーション法の適用範囲の拡大を目指すことを目的としている。今年度は、非線形粘弾性変形の一種である、べき乗則クリープ変形を示す粘弾塑性体の粘性変形特性をナノインデンテーション（インデンテーション荷重緩和）で評価する方法を開発した。具体的には、荷重緩和の状況から圧子周囲のpile-upまたはsink-inを定量化する式の提案、それから算出される接触投影断面積を用いて圧子直下の平均圧力の緩和挙動を推定し、その指数関数成分からクリープ定数を、非指数関数成分から応力指数を求めることができることを明らかにした。ところが、これら個々の定量的関係は、他のパラメータが既知でないと算出できない構造になっている。本研究では、全ての道パラメータを決定できるプロトコルを提唱している。この研究成果は学術論文誌（International Journal of Solids and Structures, 238 [1], 111417）に受理されたばかりでなく、国際会議（International Conference on Materials & Processing 2022）での発表は高く評価され、第100期日本機械学会機械材料・材料加工部門の部門一般表彰（優秀講演論文部門）を受賞することとなった。

本研究ではコンピュータサイエンスを活用し、様々な状況下におけるインデンテーションをシミュレーションすることにより、局所領域の力学特性評価法であるナノインデンテーション法の適用範囲の拡大を目指すことを目的としている。今年度は、非線形粘弾性変形の一種である、べき乗則クリープ変形を示す粘弾塑性体の粘性変形特性をナノインデンテーション（インデンテーション荷重緩和）で評価する方法を開発した。具体的には、荷重緩和の状況から圧子周囲のpile-upまたはsink-inを定量化する式の提案、それから算出される接触投影断面積を用いて圧子直下の平均圧力の緩和挙動を推定し、その指数関数成分からクリープ定数を、非指数関数成分から応力指数を求めることができることを明らかにした。ところが、これら個々の定量的関係は、他のパラメータが既知でないと算出できない構造になっている。本研究では、全ての道パラメータを決定できるプロトコルを提唱している。この研究成果は学術論文誌（International Journal of Solids and Structures, 238 [1], 111417）に受理されたばかりでなく、国際会議（International Conference on Materials & Processing 2022）での発表は高く評価され、第100期日本機械学会機械材料・材料加工部門の部門一般表彰（優秀講演論文部門）を受賞することとなった。