Ion irradiation has been widely used to emulate material degradation behavior in reactor environments. Due to the limited depth of ion-irradiated layers, post-irradiation mechanical properties are mostly characterized by miniature test techniques, such as small tensile, small punch and nanoindentation tests. Although limited, the penetration depth of high-energy ions is possible to be 'large' enough to cover many grains. In such cases, it is possible to extract 'bulk' stress-strain curves from the ion-irradiated volumes, since they are now capable of reflecting bulk material behavior. One of the widely used extraction approaches is inverse finite element method (iFEM). However, the extracted curves by iFEM may contain significant errors in such cases due to some adverse effects, e.g. large scatter in the tensile curves for small tensile test, and indentation size effect (ISE) and strain rate effect (SRE) for nanoindentation test. In order to overcome these negative influences, we proposed different solutions for each test technique. For small tensile test, digital image correlation (DIC) was used to improve the accuracy, by directly obtaining the local true strain in the weakest section, and thereby the local true stress. For nanoindentation test, a two-step correction-conversion method was proposed to refine the iFEM-extracted curves. The three sets of test and data-processing schemes were quantitatively evaluated to check their accuracy and consistency for both pristine and ion-irradiated materials. The extractions from the pristine material show that, all the schemes are capable of providing true stress-strain curves with good accuracy, as they exhibit little deviation from those by the standard specimen. After ion irradiation, although the mechanical behavior has changed drastically, these schemes still exhibit good consistency among the extracted curves. These findings verify the accuracy and consistency of the three approaches with the new developments to obtain 'bulk' true stress-strain curves from the ion-irradiated materials.
イオン照射は、原子炉環境における材料劣化挙動を模擬するために広く用いられてきた。イオン照射層の深さが限られているため、照射後の機械的特性は、主に小型引張試験、小型パンチ試験、ナノインデンテーション試験などの微小試験技術によって特徴づけられる。限定的ではあるが、高エネルギーイオンの侵入深さは、多くの結晶粒を覆うのに十分なほど「大きい」可能性がある。そのような場合、イオン照射領域はバルク材料挙動を反映できるようになるため、その領域から「バルク」応力-ひずみ曲線を抽出することが可能である。広く用いられている抽出アプローチの1つが逆有限要素法（iFEM）である。しかしながら、そのような場合、iFEMによって抽出された曲線には、いくつかの悪影響、例えば小型引張試験における引張曲線の大きなばらつき、ナノインデンテーション試験における圧子サイズ効果（ISE）やひずみ速度効果（SRE）などにより、有意な誤差が含まれる可能性がある。これらの悪影響を克服するために、我々は各試験技術に対して異なる解決策を提案した。小型引張試験については、デジタル画像相関法（DIC）を用いて、最も弱い断面の局所真ひずみを直接取得し、それにより局所真応力を求めることで、精度を向上させた。ナノインデンテーション試験については、iFEMで抽出された曲線を改良するための2段階補正-変換法を提案した。3組の試験およびデータ処理スキームについて、未照射材料とイオン照射材料の両方に対する精度と一貫性を定量的に評価した。未照射材料からの抽出結果は、すべてのスキームが標準試験片によるものとほとんど差を示さず、良好な精度で真応力-ひずみ曲線を提供できることを示している。イオン照射後、機械的挙動が大幅に変化したにもかかわらず、これらのスキームは抽出された曲線間で依然として良好な一貫性を示した。これらの知見は、イオン照射材料から「バルク」真応力-ひずみ曲線を得るための、新たな発展を伴う3つのアプローチの精度と一貫性を検証するものである。