TC16チタン合金のねじ転造における損傷進展の連成ジョンソン・クック構成モデルと損傷モデルによる解析
Damage Evolution During Thread Rolling of TC16 Titanium Alloy Using Coupled Johnson-Cook Constitutive and Damage Models
本研究では、TC16チタン合金のねじ転造中の損傷進展を調査するため、連成ジョンソン・クック(J-C)構成モデルと損傷モデルの枠組みを構築した。J-C構成パラメータは、異なるひずみ速度と温度下での引張試験を通じて較正され、応力三軸度依存の損傷パラメータは、異なる応力状態の試験片を用いて特定された。ABAQUS/Explicitを用いたMJ6×1ねじの2ダイラジアルねじ転造の有限要素モデルが開発された。数値予測された破断変位と実験的に測定された破断変位を比較することで、モデルの機械的応答が評価され、破断変位の最大相対偏差は7.63%であった。較正された枠組みは、ねじ転造プロセス中の応力分布、塑性変形局在化、および損傷進展の解析に適用された。結果は、損傷蓄積が主にねじ山の根元とねじ山の側面と根元の間の遷移領域に集中していることを示している。ねじの損傷は、高い等価塑性ひずみ、応力集中、および不利な応力状態の複合効果に起因すると考えられる。予測された損傷局在化は、調査された転造条件下での実験的に観察された破断領域とよく一致した。これらの発見は、複雑な成形プロセスにおける欠陥進展の解析に対する連成ジョンソン・クック構成損傷枠組みの適用性と限界を示している。
- TC16チタン合金のねじ転造中における損傷進展を解析するため、連成ジョンソン・クック構成モデルと損傷モデルの枠組みを構築した。
- J-C構成パラメータは異なるひずみ速度・温度下の引張試験で較正し、応力三軸度依存の損傷パラメータは異なる応力状態の試験片で特定した。
- ABAQUS/Explicitを用いたMJ6×1ねじの2ダイラジアルねじ転造の有限要素モデルを開発し、予測破断変位と実験値の最大相対偏差は7.63%であった。
- 損傷蓄積は主にねじ山の根元と、ねじ山側面と根元の間の遷移領域に集中し、予測された損傷局在化は実験で観察された破断領域とよく一致した。
チタン合金TC16のねじ転造における損傷進展を、ジョンソン・クック構成則と応力三軸度依存損傷モデルを連成させて予測した研究。ABAQUS/ExplicitによるMJ6×1ねじの2ダイ転造FEMで破断変位の最大相対偏差7.63%を達成し、損傷がねじ山根元と側面-根元遷移領域に集中することを示した点は、航空機・医療・精密機械向けチタン締結具の製造歩留まりと品質保証のシミュレーション高度化に直結する。ただし発表は学術的手法の検証段階であり、企業の採用・量産適用や市場規模に関する言及はなく、短期的な投資判断材料としては限定的。素材メーカーやCAEツールベンダーの成形解析ソリューションの競争力評価における技術的裏付けとして注視したい。