大家　哲朗

金属材料の塑性変形は、結晶内部の離散的なすべり系の活動によって生じる。しかし従来の結晶塑性解析の多くは、計算の安定化のためにこの「どのすべり系が活動しているか」という情報を平均化して扱ってきた。本研究では速度非依存の定式化に基づき、活動すべり系の集合を要素ごとに解像・追跡する有限要素解析手法を開発し、微視組織と巨視的な変形挙動を現象論的なフィッティングを介さずに接続することを目指す。集合組織を持つ鋼板やアルミニウム合金板の異方性、複合負荷経路下での応力応答の予測に適用している。

板材の成形において、破断に先立って生じるくびれや局所化は、材料が一様変形の解から分岐する現象として理解できる。本研究では弾塑性有限要素解析の実行中に各積分点で分岐条件を評価し、局所化の発生を検出する解析手法を構築している。応力増分の方向に依存する材料応答を構成則に取り込むことで、従来の経験的な成形限界評価では捉えにくい負荷経路変化下での限界挙動の予測を目指す。

有限要素解析に代表される高忠実度の物理シミュレーションは精度と引き換えに計算時間を要し、設計の反復や実時間の判断には直接用いにくい。本研究では機械学習を用いて物理解析を軽量な代理モデルに縮約し、生産システムの評価や仮想環境での挙動再現に組み込む手法を検討している。塑性加工の工程設計に加え、スポーツにおける衝撃評価など人間・環境を対象とした問題にも展開している。