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鉄鋼材料は合金元素添加や熱処理などによって、その特 性を多彩に変えることから、主要な構造材料にも関わら ず多くの研究課題が残されている。材料の特性は原子およ び材料組織スケールの不均一性に起因し、発現することか ら、これらの不均一性を制御することが次世代の材料開発 指針として考えられており、産学連携プロジェクトが実施 されている 。鉄鋼材料における不均一性の積極的な利用 は Dual-Phase鋼における強度-延性バランスの改善のよう な事例が既にあり、古くて新しい研究課題といえる。 近年、金属材料組織の計測技術は飛躍的に発展し、合金 元素の存在位置 や材料組織の三次元形態 3, まで、評価 できるレベルに達している。中性子回折 や走査電子顕微 鏡 を用いた結晶格子ひずみや微細マーカー画像相関法 7) のような材料組織スケールの局所ひずみを計測する手法に 関しても多くの研究成果が報告されている。 また、数値シミュレーションは計測データ間の補間や実 験的には見えない情報の可視化に有用と考えられている。 第一原理計算や分子動力学解析は構造材料への適用には課 題が多いが、あらゆる現象の素過程を調査するためのツー ルとして大きな期待を担っている。Phase-Field法は熱力学 に基づいて再結晶や凝固などの材料組織の形成を予測でき る手法として注目されている。材料組織から巨視的な特性 の評価には、複合材料の平均化手法を利用でき、いくつか のアプローチが知られている。 材料組織スケールからの特性評価のための平均化手法に おいて、有限要素法を用いた数値解析アプローチは材料組 織の不均一性を陽に考慮でき、他の平均化手法と比較して、 モデリングの自由度が高い。すなわち、計測データや他の シミュレーション結果を統合し、巨視的な材料特性の評価 につなぐ役割を担える可能性がある。 本 論 文 で は、Ferrite 相、Pearlite 組 織、Bainite 組 織、 Martensite組織といった主要な鉄鋼組織を含む複合組織鋼 への有限要素解析の適用について、現在の研究状況および 課題を紹介する。

Multiscale Finite Element Modeling of Multi-constituent Steels to Characterize Mechanical Behavior