JP2002162328A - 押込み試験による材料構成式の導出方法 - Google Patents
押込み試験による材料構成式の導出方法Info
- Publication number
- JP2002162328A JP2002162328A JP2000360791A JP2000360791A JP2002162328A JP 2002162328 A JP2002162328 A JP 2002162328A JP 2000360791 A JP2000360791 A JP 2000360791A JP 2000360791 A JP2000360791 A JP 2000360791A JP 2002162328 A JP2002162328 A JP 2002162328A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- indentation
- curve
- indenters
- constitutive equation
- hardness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 押込み荷重−押込み深さ曲線から材料の荷重
変形挙動を規定する構成式を導出する方法。 【解決手段】 Ｎ個の未知数を含む、決定しようとする
構成式を仮定した材料表面を対象とした、押し込み試験
に関する仮想数値実験を行う。そして、Ｎ個の形状の異
なる圧子から得られるＮ個の見かけの硬度とＮ個の未知
数の関係を表す特性曲線を有限要素法などにより数値解
析的に求める。次に、実験的にＮ個の圧子による押込み
荷重−押込み深さ曲線から見かけの硬度を求め、実測さ
れたＮ個の見かけの硬度と先に求めた特性曲線との関係
から、構成式中の定数を決定できる方法である。
変形挙動を規定する構成式を導出する方法。 【解決手段】 Ｎ個の未知数を含む、決定しようとする
構成式を仮定した材料表面を対象とした、押し込み試験
に関する仮想数値実験を行う。そして、Ｎ個の形状の異
なる圧子から得られるＮ個の見かけの硬度とＮ個の未知
数の関係を表す特性曲線を有限要素法などにより数値解
析的に求める。次に、実験的にＮ個の圧子による押込み
荷重−押込み深さ曲線から見かけの硬度を求め、実測さ
れたＮ個の見かけの硬度と先に求めた特性曲線との関係
から、構成式中の定数を決定できる方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、押込み荷重−押込
み深さ曲線から材料の荷重変形挙動を規定する構成式
（材料固有の、負荷荷重に対する変形挙動を規定する
式）を導出する方法に関するものである。
み深さ曲線から材料の荷重変形挙動を規定する構成式
（材料固有の、負荷荷重に対する変形挙動を規定する
式）を導出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】材料の荷重変形挙動を規定する構成式に
関して、ヤング率を除き、押込み試験から得られる情報
は、硬さあるいは半経験的な硬さと降伏応力との関係か
ら、降伏応力を定性的に評価する場合に限られていた。
このヤング率は押込み荷重除荷−押込み深さの関係から
求める方法が確立している。
関して、ヤング率を除き、押込み試験から得られる情報
は、硬さあるいは半経験的な硬さと降伏応力との関係か
ら、降伏応力を定性的に評価する場合に限られていた。
このヤング率は押込み荷重除荷−押込み深さの関係から
求める方法が確立している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、押込み試験から
得られる定性的な情報を、定量的な情報として評価し、
工学設計に不可欠な材料の荷重変形挙動を記述できる構
成式を導出することが、本発明により解決しようとした
課題である。
得られる定性的な情報を、定量的な情報として評価し、
工学設計に不可欠な材料の荷重変形挙動を記述できる構
成式を導出することが、本発明により解決しようとした
課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】得ようとする材料構成式
中に含まれる未知の定数の数に対応する複数の形状の異
なる圧子により、対象材料の押込み荷重−押込み深さ曲
線を得る。すなわち、圧子の数分（構成式中の未知な定
数の数分）の曲線を得る。各々の荷重と深さ曲線から見
かけの硬度を評価し、見かけの硬度に関する有限要素法
などによる数値解析から得られた特性曲線と実測された
見かけの硬度との関係から構成式中の各定数を決定する
ものである。
中に含まれる未知の定数の数に対応する複数の形状の異
なる圧子により、対象材料の押込み荷重−押込み深さ曲
線を得る。すなわち、圧子の数分（構成式中の未知な定
数の数分）の曲線を得る。各々の荷重と深さ曲線から見
かけの硬度を評価し、見かけの硬度に関する有限要素法
などによる数値解析から得られた特性曲線と実測された
見かけの硬度との関係から構成式中の各定数を決定する
ものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】Ｎ個の未知数を含む、決定しよう
とする構成式を仮定した材料表面を対象とした、押し込
み試験に関する仮想数値実験を行い、Ｎ個の形状の異な
る圧子から得られるＮ個の見かけの硬度とＮ個の未知数
の関係を表す特性曲線を周知の有限要素法などにより数
値解析的に求める。
とする構成式を仮定した材料表面を対象とした、押し込
み試験に関する仮想数値実験を行い、Ｎ個の形状の異な
る圧子から得られるＮ個の見かけの硬度とＮ個の未知数
の関係を表す特性曲線を周知の有限要素法などにより数
値解析的に求める。
【０００６】次に、実験的にＮ個の圧子による押込み荷
重−押込み深さ曲線から見かけの硬度を求め、実測され
たＮ個の見かけの硬度と先に求めた特性曲線との関係か
ら、構成式中の定数を決定できる方法である。
重−押込み深さ曲線から見かけの硬度を求め、実測され
たＮ個の見かけの硬度と先に求めた特性曲線との関係か
ら、構成式中の定数を決定できる方法である。
【０００７】即ち、図２に示されるように、材料固有
の、負荷荷重に対する変形挙動を表わす複数（Ｎ個）の
未知の定数を含む材料構成式ｆｃを決定するために、Ｎ
個の圧子を用いた押込み荷重／深さー深さ曲線を得る。
の、負荷荷重に対する変形挙動を表わす複数（Ｎ個）の
未知の定数を含む材料構成式ｆｃを決定するために、Ｎ
個の圧子を用いた押込み荷重／深さー深さ曲線を得る。
【０００８】まず、材料表面の特性を評価するに当たっ
て、図２に示されるように、Ｎ個の形状の異なる圧子
（ｉ＝１、、ｉ、、Ｎ）それぞれについて、コンピュー
タを使用した仮想数値実験を行うことにより、その材料
の押込み荷重／深さー深さ曲線を数値解析的に得る。こ
の曲線の各々に基いて、図１の左図に示される等価硬度
（見かけ硬度）Ｓを、それぞれ、周知の有限要素法解析
（図３参照）を使用して得る。このＮ個の圧子に関して
得られた見かけ硬度Ｓｉに対する、図２に示されるよう
な材料構成式における材料に関する未知の定数であるＣ
ｉの関係について、図３に示されるような特性曲線を数
値解析的に得る。
て、図２に示されるように、Ｎ個の形状の異なる圧子
（ｉ＝１、、ｉ、、Ｎ）それぞれについて、コンピュー
タを使用した仮想数値実験を行うことにより、その材料
の押込み荷重／深さー深さ曲線を数値解析的に得る。こ
の曲線の各々に基いて、図１の左図に示される等価硬度
（見かけ硬度）Ｓを、それぞれ、周知の有限要素法解析
（図３参照）を使用して得る。このＮ個の圧子に関して
得られた見かけ硬度Ｓｉに対する、図２に示されるよう
な材料構成式における材料に関する未知の定数であるＣ
ｉの関係について、図３に示されるような特性曲線を数
値解析的に得る。
【０００９】次に、上記と同じ形状のＮ個の形状の異な
る圧子を用いて材料表面に対して押込み荷重実験を実際
に行って、その材料の押込み荷重／深さ−深さ曲線を
得、この曲線からそれぞれの圧子についての見かけ硬度
Ｓｉ、、Ｓ１、、ＳＮを得た。
る圧子を用いて材料表面に対して押込み荷重実験を実際
に行って、その材料の押込み荷重／深さ−深さ曲線を
得、この曲線からそれぞれの圧子についての見かけ硬度
Ｓｉ、、Ｓ１、、ＳＮを得た。
【００１０】この実験的に得られた見かけ硬度Ｓ１、、
Ｓｉ、、ＳＮを、図３に示されるような方程式に挿入し
て、未知の定数であるＣｉを得る。そして、この得られ
たＮ個の数値を、図３の数値解析的に得られた、見かけ
硬度Ｓｉに対する未知の定数であるＣｉに関する特性曲
線から、得られた数値と比較して数値的に差異がないこ
とを検証する。
Ｓｉ、、ＳＮを、図３に示されるような方程式に挿入し
て、未知の定数であるＣｉを得る。そして、この得られ
たＮ個の数値を、図３の数値解析的に得られた、見かけ
硬度Ｓｉに対する未知の定数であるＣｉに関する特性曲
線から、得られた数値と比較して数値的に差異がないこ
とを検証する。
【００１１】なお、本発明で使用する形状の異なる圧子
は、図１に示されるような頂角の異なる３角錐圧子を使
用し、この圧子を試料材料の表面に押込むことにより、
図１に示される押込み荷重／深さー深さ曲線が得られ
る。
は、図１に示されるような頂角の異なる３角錐圧子を使
用し、この圧子を試料材料の表面に押込むことにより、
図１に示される押込み荷重／深さー深さ曲線が得られ
る。
【００１２】
【実施例】まず、ニッケル基合金の荷重変位挙動を表し
得る材料構成式として、図４に示す、指数関数型の構成
式を仮定する。指数関数型の構成式には、決定すべき未
知の定数は４つある。すなわち、ヤング率Ｅ（弾性係
数）、降伏応力（σｙ）、加工硬化指数ｎ、加工硬化係
数Ａである。ここで、ヤング率については、従来技術で
ある押込み荷重／深さ−深さ曲線より求めることができ
る。
得る材料構成式として、図４に示す、指数関数型の構成
式を仮定する。指数関数型の構成式には、決定すべき未
知の定数は４つある。すなわち、ヤング率Ｅ（弾性係
数）、降伏応力（σｙ）、加工硬化指数ｎ、加工硬化係
数Ａである。ここで、ヤング率については、従来技術で
ある押込み荷重／深さ−深さ曲線より求めることができ
る。
【００１３】したがって、図４に示すように、残りの３
つの未知数を決定しなければならない。そこで、本発明
に従って、３つの形状の異なる圧子を用意する。ここで
は、頂角の異なる三角錐圧子（等価円錐頂角：６３度、
７０度、７６度）を用いることとした。
つの未知数を決定しなければならない。そこで、本発明
に従って、３つの形状の異なる圧子を用意する。ここで
は、頂角の異なる三角錐圧子（等価円錐頂角：６３度、
７０度、７６度）を用いることとした。
【００１４】まず、３つの圧子形状それぞれに従った仮
想数値実験を汎用有限要素法コードＤＹＮＡにより行
い、任意の定数を持つ指数関数型構成式を仮定した対象
材料（ニッケル基合金）の表面に対して、数値解析的に
押込み荷重／深さ−深さ曲線を得て、各三角錐圧子と見
かけの硬度の関係を任意の定数に対する特性曲線として
得た。
想数値実験を汎用有限要素法コードＤＹＮＡにより行
い、任意の定数を持つ指数関数型構成式を仮定した対象
材料（ニッケル基合金）の表面に対して、数値解析的に
押込み荷重／深さ−深さ曲線を得て、各三角錐圧子と見
かけの硬度の関係を任意の定数に対する特性曲線として
得た。
【００１５】次に、実験により３つの圧子による押込み
荷重／深さ−深さ曲線から見かけの硬度を実測した。実
測された見かけの硬度と特性曲線から、図４の指数関数
型構成式の定数である降伏応力σｙ、加工硬化指数ｎ、
加工硬化係数Ａを決定した。
荷重／深さ−深さ曲線から見かけの硬度を実測した。実
測された見かけの硬度と特性曲線から、図４の指数関数
型構成式の定数である降伏応力σｙ、加工硬化指数ｎ、
加工硬化係数Ａを決定した。
【００１６】決定した構成式を導入して解析的に評価し
た単軸引張荷重変位曲線は、実験的に評価された荷重変
位曲線を良く表すことから、本発明の有用性を確認でき
た。
た単軸引張荷重変位曲線は、実験的に評価された荷重変
位曲線を良く表すことから、本発明の有用性を確認でき
た。
【００１７】
【発明の効果】特に、押込み領域が小さい場合、微小試
験技術への応用として本方法は有効である。具体的に
は、放射線照射材料、薄膜被覆材、腐食表層部等の材料
特性評価方法としての応用が期待できる。
験技術への応用として本方法は有効である。具体的に
は、放射線照射材料、薄膜被覆材、腐食表層部等の材料
特性評価方法としての応用が期待できる。
【図１】 形状の異なる圧子、それを用いた押込み荷重
／深さー深さ曲線を示す図である。
／深さー深さ曲線を示す図である。
【図２】 複数の未知の定数を含む材料構成式と複数の
圧子から得た押込み荷重／深さー深さ曲線を示す図であ
る。
圧子から得た押込み荷重／深さー深さ曲線を示す図であ
る。
【図３】 材料構成式を導出するための方法を示す図で
ある。
ある。
【図４】 材料構成式の導出例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井岡 郁夫 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 田辺 裕治 新潟県新潟市五十嵐二の町8050番地 新潟 大学内
Claims (3)
- 【請求項１】 形状の異なる複数の圧子を用いた押込み
試験から材料表面の特性を評価するための材料構成式を
導出する方法。 - 【請求項２】 形状の異なる複数の圧子から得られる押
込み荷重−押込み深さ曲線と数値解析から得られる特性
曲線を融合して材料構成式を導出する方法。 - 【請求項３】 押込み試験による材料構成式の導出方法
において、 ａ） 材料構成式中の未知の定数の数に対応する複数の
形状の異なる圧子について、コンピュータによる仮想数
値実験を行って材料の押込み荷重ー押込み深さ曲線を数
値解析的に得、 ｂ） この曲線の各々に基いて見かけの硬度（等価硬
度）を周知の有限要素法解析（ＦＥＭ）によりそれぞれ
得、 ｃ） この得られた見かけ硬度と材料構成式における未
知の定数である降伏応力、加工硬化係数及び加工硬化指
数等との関係についての特性曲線を得、 ｃ） 同じ３種類の形状の異なる圧子を用いて材料表面
に対して押込み実験を実際に行って、その材料の押込み
荷重ー押込み深さ曲線を得、この曲線からそれぞれの圧
子についての見かけ硬度を得、 ｄ） この実験的に得られた見かけ硬度を、材料構成式
に挿入して、未知の定数である降伏応力、加工硬化係数
及び加工硬化指数等を得、 ｅ） この実測により得られた数値を、上記数値解析的
に得られた特性曲線から得られた数値と比較して数値的
に近似していることを検証することからなる、 上記方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000360791A JP2002162328A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 押込み試験による材料構成式の導出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000360791A JP2002162328A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 押込み試験による材料構成式の導出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162328A true JP2002162328A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18832329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000360791A Pending JP2002162328A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 押込み試験による材料構成式の導出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002162328A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010101876A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-05-06 | Ihi Corp | 圧子押込み試験による弾塑性材料の材料物性特定方法 |
| KR101615934B1 (ko) * | 2014-08-07 | 2016-05-09 | 울산과학기술원 | 구성 방정식 선정 방법 |
| CN113776912A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-10 | 齐鲁工业大学 | 一种快速测定药用玻璃化学稳定性的方法 |
-
2000
- 2000-11-28 JP JP2000360791A patent/JP2002162328A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010101876A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-05-06 | Ihi Corp | 圧子押込み試験による弾塑性材料の材料物性特定方法 |
| KR101615934B1 (ko) * | 2014-08-07 | 2016-05-09 | 울산과학기술원 | 구성 방정식 선정 방법 |
| CN113776912A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-10 | 齐鲁工业大学 | 一种快速测定药用玻璃化学稳定性的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ha et al. | A three-dimensional viscoelastic constitutive model for particulate composites with growing damage and its experimental validation | |
| Duyi et al. | A new approach to low-cycle fatigue damage based on exhaustion of static toughness and dissipation of cyclic plastic strain energy during fatigue | |
| Yoshida et al. | Identification of material parameters in constitutive model for sheet metals from cyclic bending tests | |
| Menčík | Determination of mechanical properties by instrumented indentation | |
| Hwang et al. | Validation of three-dimensional irregular lattice model for concrete failure mode simulations under impact loads | |
| Jha et al. | Evaluating initial unloading stiffness from elastic work-of-indentation measured in a nanoindentation experiment | |
| Greco et al. | A new methodology for measuring residual stress using a modified Berkovich nano-indenter | |
| Mapar et al. | A differential-exponential hardening law for non-Schmid crystal plasticity finite element modeling of ferrite single crystals | |
| You et al. | Low cycle fatigue life prediction in shot‐peened components of different geometries—part I: residual stress relaxation | |
| Syngellakis et al. | Finite element simulation of spherical indentation experiments | |
| Lee et al. | Stress measurement of SS400 steel beam using the continuous indentation technique | |
| JP2010101876A (ja) | 圧子押込み試験による弾塑性材料の材料物性特定方法 | |
| JP2002162328A (ja) | 押込み試験による材料構成式の導出方法 | |
| Lapostolle et al. | Fast numerical estimation of residual stresses induced by laser shock peening | |
| Sivaram et al. | Qualitative Study on Pile-up Effect on Hardness Test by Nano-Indentation | |
| JPH09288050A (ja) | 硬さ試験による弾塑性材料定数の決定方法 | |
| Kubaschinski et al. | Modelling and simulation of the hardness profile and its effect on the stress‐strain behaviour of punched electrical steel sheets | |
| Kashani et al. | Volumes sampled for hardness and for modulus of elasticity during nanoindentation testing | |
| Zhu et al. | The Influence of Crystallographic Orientation and Grain Boundary on Nanoindentation Behavior of Inconel 718 Superalloy Based on Crystal Plasticity Theory | |
| CN113188890B (zh) | 一种利用纳米压痕技术测量材料表面残余应力的方法 | |
| Ben Moussa et al. | An Inverse Calculation of Local Elastoplastic Parameters from Instrumented Indentation Test | |
| Konrad et al. | Textile reinforced concrete part II: Multi-level modeling concept | |
| Cagliero et al. | Influence of Vickers Indenter Tip Geometry on the Macro-indentation Properties of γ-TiAl Alloys | |
| Providakis | Boundary element analysis of creeping V-notched metallic plates in bending | |
| Hiremath et al. | Stress Triaxiality in Damage Models |