結晶塑性均質化法による多結晶金属のマルチスケール解析

摘要

メゾスケールの材料挙動を反映できる多結晶金属の材料モデルとして、結晶塑性モデルが広く利用されるようになって久しい。結晶塑性モデルは単結晶に対する構成式を基礎としているが、鉄鋼材料を初めとする多くの実用金属が多結晶であることから、実用解析においては単結晶の構成式を多結晶モデルへと拡張することが必要となる。古くは全ての結晶粒のひずみが一定と仮定するTaylorモデルにはじまり、現在に至るまで多数の手法が提案されている。その中でも汎用性の高い手法の一つが、均質化理論に基づく多結晶塑性モデルとなる結晶塑性均質化法である。結晶塑性均質化法には多数の利点があるが、本稿ではその中でも巨視的材料応答(巨視的材料構成式)が直接得られる点に着目し、立方晶金属であるFCCおよびBCC金属に対して変形集合組織の予測や成形性評価への適用を視野に入れた解析事例を紹介する。また結晶塑性均質化法は、単に高精度な材料モデルというだけでなく、既存の多結晶塑性モデルの妥当性検証のためのツールとしても有用であることを、あわせて概説する。なお、本稿ではメゾスケールの塑性変形機構としてすベり変形のみを考える。HCP金属への適用や、もう一つの重要な塑性変形機構である変形双晶の取り扱いについては、別報を参照されたい。