分子動力学計算および第一原理計算による金属ガラスの局所不安定性解析

• Project/Area Number: 15074209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 北村 隆行 Kyoto University, 工学研究科, 教授 (20169882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231)
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥28,200,000 (Direct Cost: ¥28,200,000); Fiscal Year 2007: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2006: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥5,200,000); Fiscal Year 2005: ¥8,000,000 (Direct Cost: ¥8,000,000); Fiscal Year 2004: ¥8,800,000 (Direct Cost: ¥8,800,000); Fiscal Year 2003: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
• Keywords: 金属ガラス / 不安定性 / 自由度 / 局所破壊 / クライテリオン / 原子構造解析 / 分子動力学 / 第一原理解析 / 原子間ポテンシャル

Research Abstract

結晶材料では規則正しい原子配列を乱す転位の発生・運動が非弾性変形を支配しているが、金属ガラスのような非晶質材料での非弾性変形をもたらす原子配列の組み換えについては、そのミクロの不安定変形機構が明らかになっておらず、原子レベルからの不安定解析が必要である。本研究グループは、非晶質材料等の不規則な原子配列を有する材料の第一原理解析に対しても適用できる原子レベル不安定変形解析方法を提唱し、外力による原子配列の組み換えについて成果をあげてきた。これに基づき、結晶材料における単独の転位生成に相当する非晶質材料における単一の不安定変形の領域や原子の基礎的挙動を解明した。一方、構造体についての解析を行うためには大規模なシミュレーションが必要であるが、系の自由度が膨大であるため周期性のないアモルファスにおいては上記方法の適用ができなかった。本年度は、ひずみ勾配を基準として自動的に領域分割を行い、構造体の変形が一様に近い部分の自由度を合理的に削減するマルチスケール解析方法を提案した。まず、この方法をもっとも単純な切欠きを有する結晶材料の引張り負荷解析に適用し、ひずみが集中する切欠き底からの転位射出を正確に捉えうることをシミュレーションの結果より示した。つぎに、非晶質材料の切欠き構造体について厳密な方法と自由度を削減した方法により不安定解析を実施し、後者によってほぼ正確な不安定変形を解析できることを明らかにした。切欠き底において、球形の不安定変形領域が確認された。このとき、不安定変形モードを含む原子の組み換え情報が得られることが判明した。現在、本内容を2報の論文として投稿をしている。

Research Products

• [Journal Article] Atomic Analysis of Unstable Deformation in Amorphous Metal (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Umeno, et. al.
  • Journal Title: Journal of Materials Science Forum 539 Pages: 1994-1999
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanical Instability in Non-uniform Atomic Structure: Application to Amorphous Metal (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Umeno, et. al.
  • Journal Title: Materials Science and Engineering 462 Pages: 450-455
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic Analysis of Unstable Deformation in Amorphous Metal (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Umenoほか
  • Journal Title: Journal Materials Science Forum 539 Pages: 1994-1999
• [Journal Article] 分子動力学法による切欠きを有するアモルファスの不安定変形解析 (2007)
  • Author(s): 南眞一郎ほか
  • Journal Title: 日本金属学会春季大会議演論文集 Pages: 244-244
• [Journal Article] 原子モデルシミュレーションによるアモルファス金属の不安定変形解析 (2006)
  • Author(s): 梅野宜崇, 多川元気, 南眞一郎, 北村隆行
  • Journal Title: 日本機械学会関西支部第81期定時総会講演会講演論文集 064-1 Pages: 603-603
• [Journal Article] Ideal Strength of Nano-components (2005)
  • Author(s): T.Kitamura, Y.Umeno, A.Kushima
  • Journal Title: Materials Science Forum 482 Pages: 25-32
• [Journal Article] Criterion of Mechanical Instability in Inhomogeneous Atomic System (2005)
  • Author(s): Y.Umeno, T.Kitamura
  • Journal Title: Materials Science Forum 482 Pages: 127-130
• [Journal Article] 分子動力学法によるアモルファス構造の局所変形挙動解析 (2005)
  • Author(s): 多川元気, 梅野宜崇, 北村隆行
  • Journal Title: 日本機械学会関西支部第80期定時総会講演会講演論文集 054-1
• [Journal Article] Mechanical instability in non-uniform atomic structure : application to amorphous metal
  • Author(s): Y.Umeno, T.Kitamura, M.Tagawa
  • Journal Title: Materials Science and Engineering : A (accepted)
• [Presentation] 非線形相互作用による局在振動の解析 (2007)
  • Author(s): 土井祐介
  • Organizer: 第4回NCPフォーラム
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2007-12-07
• [Presentation] Ab initio DFT study of ideal shear strength of polytypes of silicon carbide (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Umeno
  • Organizer: The 5th International Conference on Materials Structure & Micromechanics of Fracture
  • Place of Presentation: Brno, Czech Republic
  • Year and Date: 2007-06-27
• [Presentation] 分子動力学法による切吹きを有するアモレファスの不安定変形解析 (2007)
  • Author(s): 南眞一郎
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 千葉工業大学
  • Year and Date: 2007-04-28
• [Publications] 梅野宜崇: "原子構造体の不安定条件"第47回日本学術会議材料研究連合講演会論文集. 117-118 (2003)