Development of Multiscale Computational Fracture Mechanics by Using Cohesive Zone Model and Phasefield Method

• Project/Area Number: 19360044
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Engineering fundamentals
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: NAKATANI Akihiro Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (50252606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): DOI Yusuke 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10403172)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2008: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2007: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: ナノ多結晶体 / 計算力学 / 転位 / 分子動力学法 / 非線形局在モード / 水素拡散 / き裂進展 / 破壊力学

Research Abstract

破壊は貯えられたエネルギーの解放プロセスととらえることができます。本課題では、破壊現象を引き起こす駆動力がエネルギーバランスから導かれるという視点から凝着域モデルを一般化し、その駆動力により起こる現象を時系列として得るためのフェーズフィールド法に代表される発展方程式の解法とを融合することによって、ミクロ解析からマクロ解析までを関連づけるマルチスケール計算破壊力学の構築に向けた基礎研究を実施しました。

Research Products

• [Journal Article] Modulational instability of zone boundary mode and band edge modes in nonlineardiatomic lattices (2009)
  • Author(s): Y. Doi, K. Yoshimura, and A. Nakatani
  • Journal Title: Phys. Rev. E 79 Pages: 26603-26603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Translational As asymmetry controlled lattice and numerical method for moving discrete breather in four particle system (2009)
  • Author(s): Y. Doi and K. Yoshimura
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. 78(3) Pages: 34401-34401
  • NAID: 110007138880
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 流体との相互作用を考慮した微小膜構造体の変形シミュレーション日本機械学会講演論文集 (2009)
  • Author(s): 國分康朗・土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 関西支部第84期定時総会講演会 094-1(13) Pages: 12-12
• [Journal Article] Translational asymmetry controlled lattice and numerical method for moving discrete breather in four particle system (2009)
  • Author(s): Yusuke Doi, Kazuyuki Yoshimura
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. 78(3) Pages: 34401-34401
  • NAID: 110007138880
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulational instability of zone boundary mode and band edge modes in nonlinear diatomic lattices (2009)
  • Author(s): Yusuke Doi, Kazuyuki Yoshimura, Akihiro Nakatani
  • Journal Title: Phys. Rev. E 79 Pages: 26603-26603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 流体との相互作用を考慮した微小膜構造体の変形シミュレーション (2009)
  • Author(s): 國分康朗, 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(関西支部第84期定時総会講演会) No. 094-1(印刷中)
• [Journal Article] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carbon nanotubes (2008)
  • Author(s): Y. Kinoshita, Y. Yamayose, Y. Doi, A. Nakatani, and T. Kitamura
  • Journal Title: Phys. Rev. B 77 Pages: 24307-24307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 分子動力学法によるNi結晶中の水素拡散挙動とその素過程の解析, 材料 (2008)
  • Author(s): 政家利彦・土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 57(8) Pages: 774-779
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1次元格子系における移動型非線形局在モードの衝突のダイナミクス (2008)
  • Author(s): 土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 信学技報 108(336) Pages: 1-5
  • NAID: 110007114395
• [Journal Article] 機械工学年鑑(3.計算力学, 3.2計算固体力学) (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会誌 111(1077) Pages: 646-647
• [Journal Article] ミクロ・メゾシミュレーションによる結晶粒微細化機構に関する検討 (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演資料集(2008年度年次大会9) 08-1(招待) Pages: 181-182
• [Journal Article] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carbon nanotubes (2008)
  • Author(s): Y. Kinoshita, Y. Yamayose, Y. Doi, A. Nakatani and T. Kitamura
  • Journal Title: Physical Review, B 77 Pages: 24307-24307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study on biphasic material model and mechanical analysis of knee joint cartilage (2008)
  • Author(s): A. Nakatani and A. Sakashita
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 96(1) Pages: 12180-12180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 多結晶構造の破壊ダイナミクスのシミュレーション日本機械学会講演論文集 (2008)
  • Author(s): 占部千由・中谷彰宏
  • Journal Title: 第21回計算力学講演会 8-33 Pages: 428-429
• [Journal Article] 回位構造単位モデルを用いた粒界エネルギーの評価 (2008)
  • Author(s): 椋代雄太郎・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) 8-33 Pages: 167-168
• [Journal Article] マルチスケール解析の体系的な枠組み構築の研究 (2008)
  • Author(s): 松下和裕・土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(関西支部第83期定時総会講演会) 84-1(6) Pages: 23-23
• [Journal Article] トポロジカル欠陥に起因する膜の動的安定性に関する研究 (2008)
  • Author(s): 正畠康行・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(関西支部第83期定時総会講演会) 84-1(6) Pages: 26-26
• [Journal Article] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carbon nanotubes (2008)
  • Author(s): Yusuke Kinoshita, Yu Yamayose, Yusuke Doi, Akihiro Nakatani, Takayuki Kitamura
  • Journal Title: Phys. Rev. B 77 Pages: 24307-24307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 分子動力学法によるNi結晶中の水素拡散挙動とその素過程の解析 (2008)
  • Author(s): 政家利彦, 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 材料 57(8) Pages: 774-779
  • NAID: 130002085605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1次元格子系における移動型非線形局在モードの衝突のダイナミクス (2008)
  • Author(s): 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 信学技報 108(336) Pages: 1-5
  • NAID: 110007114395
• [Journal Article] 機械工学年鑑(3. 計算力学3.2計算固体力学) (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会誌 111(1077) Pages: 646-647
• [Journal Article] ミクロ・メゾシミュレーシヨンによる結晶粒微細化機構に関する検討 (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演資料集(2008年度年次大会9) No. 08-1 Pages: 181-182
• [Journal Article] Ni双晶境界近傍における水素拡散過程の分子動力学解析 (2008)
  • Author(s): 政家利彦, 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 計算工学講演会論文集 13(2) Pages: 571-574
  • NAID: 10024406217
• [Journal Article] ねじり変形による結晶粒微細化機構の分子動力学解析 (2008)
  • Author(s): 小川隆樹, 木下貴博, 中谷彰宏
  • Journal Title: 計算工学講演会論文集 13(2) Pages: 583-584
  • NAID: 10024406250
• [Journal Article] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードと原子間相互作用の非線形性の関係 (2008)
  • Author(s): 木下佑介, 白崎大輔, 土井祐介, 中谷彰宏, 北村隆行
  • Journal Title: 第13回分子動力学シンポジウム講演論文集 Pages: 27-29
• [Journal Article] 結晶格子モデルにおける非線形局在モードの移動性についての検討 (2008)
  • Author(s): 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 第13回分子動力学シンポジウム講演論文集 Pages: 73-74
• [Journal Article] 格子欠陥導入過程の分子動力学解析 (2008)
  • Author(s): 木下貴博, 小川隆樹, 中谷彰宏
  • Journal Title: 第13回分子動力学シンポジウム講演論文集 Pages: 105-106
• [Journal Article] Ni双晶境界近傍の水素拡散挙動の原子運動論的研究 (2008)
  • Author(s): 政家利彦, 中谷彰宏, 土井祐介
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(M&M2008 材料力学カンファレンス) N0. 08-6(CD-ROM)
• [Journal Article] ねじり変形下におけるFCC金属の欠陥構造の時間発展に関する分子動力学解析 (2008)
  • Author(s): 小川隆樹, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(M&M2008材料力学カンファレンス) N0. 08-6(CD-ROM)
• [Journal Article] 離散格子欠陥モデルを用いた粒界特性の評価 (2008)
  • Author(s): 椋代雄太郎, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(M&M2008 材料力学カンファレンス) No. 08-6(CD-ROM)
• [Journal Article] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードの励起構造の解析 (2008)
  • Author(s): 土井祐介, 白崎大輔, 木下佑介, 中谷彰宏, 北村隆行
  • Journal Title: 日本物理学会講演概要集(2008年秋季大会) 63(2) Pages: 267-267
• [Journal Article] 回位構造単位モデルを用いた粒界エネルギーの評価 (2008)
  • Author(s): 椋代雄太郎, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) N0. 8-33 Pages: 167-168
• [Journal Article] 多結晶構造の破壊ダイナミクスのシミュレーション (2008)
  • Author(s): 占部千由, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33 Pages: 428-429
• [Journal Article] バイアスエネルギー場における水素拡散の原子運動論的研究 (2008)
  • Author(s): 政家利彦, 中谷彰宏, 土井祐介
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33 Pages: 450-451
• [Journal Article] 原子配列の幾何形状に起因する非線形局在モードの励起に関する研究 (2008)
  • Author(s): 土井祐介, 中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33 Pages: 452-453
• [Journal Article] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carb on nanotubes (2008)
  • Author(s): Y. Kinoshita, Y. Yamayose, Y. Doi, A. Nakatani and T. Kitamura
  • Journal Title: Physical Review, B 77 Pages: 24307-24307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マルチスケール解析の体系的な枠組み構築の研究 (2008)
  • Author(s): 松下和裕・土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(関西支部第83期定時総会講演会) (印刷中)
• [Journal Article] Microstructural evolution in crystalline metal induced by plastic deformation-Atomistic study of grainsubdivision in tension, torsion and rolling- (2007)
  • Author(s): A. Nakatani and T. Shimokawa
  • Journal Title: Solid Mechanics and its Applications 144 Pages: 25-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kitamura Excitation of intrinsic localized modes in a graphene sheet Europhysics Letters (2007)
  • Author(s): Y. Yamayose, Y. Kinoshita, Y. Doi, A. Nakatani and T. Kitamura
  • Journal Title: 80 Pages: 40008-40008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 転位と粒界の相互作用による応力場の解析(離散転位モデルと準連続体モデルの比較) (2007)
  • Author(s): 椋代雄太郎・下川智嗣・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第20回計算力学講演会) 07-36 Pages: 245-246
• [Journal Article] 2次元FPU格子系でのIntrinsic Localized Modeの構造の解析 (2007)
  • Author(s): 土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 京都大学数理解析研究所講究録 1543 Pages: 227-235
• [Journal Article] X-FEMを用いた粒界と転位の相互作用の解析日本機械学会講演論文集 (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏・椋代雄太郎・土井祐介
  • Journal Title: (2007年度年次大会) 07-1 Pages: 19-20
• [Journal Article] 2次元格子系における非線形エネルギー局在と不均一構造の相互作用の解析計算工学講演会論文集 (2007)
  • Author(s): 土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 12(1) Pages: 433-434
• [Journal Article] Microstructural evolution in crystalline metal induced by plastic deform ation-Atomistic study of grainsubdivision in tension, torsion and rolling- (2007)
  • Author(s): A. Nakatani and T. Shimokawa
  • Journal Title: Solid Mechanics and its Applications 144 Pages: 25-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excitation of intrinsic localized modes in a graphene sheet (2007)
  • Author(s): Y. Yamayose, Y. Kinoshita, Y. Doi, A. Nakatani and T. Kitamura
  • Journal Title: Europhysics Letters 80 Pages: 40008-40008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2次元格子系における非線形エネルギー局在と不均一構造の相互作用の解析 (2007)
  • Author(s): 土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 計算工学講演会論文集 Vol.12,No.1 Pages: 433-434
• [Journal Article] Ni拡張転位構造近傍における水素原子拡散特性とその素課程に関する研究 (2007)
  • Author(s): 政家利彦・中谷彰宏・土井祐介
  • Journal Title: 日本材料学会講演論文集(第12回分子動力学シンポジウム) Pages: 34-37
• [Journal Article] 粒子モデルによる軟組織の変形解析 (2007)
  • Author(s): 月ヶ瀬貴弥・中谷彰宏・清水惠司
  • Journal Title: 日本材料学会講演論文集(第12回分子動力学シンポジウム) Pages: 21-24
• [Journal Article] X-FEMを用いた粒界と転位の相互作用の解析 (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏・椋代雄太郎・土井祐介
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(2007年度年次大会) No.07-1 Pages: 19-20
• [Journal Article] 格子モデルでの局在振動構造とその安定性 (2007)
  • Author(s): 土井祐介・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(2007年度年次大会) No.07-1 Pages: 39-40
• [Journal Article] 転位と粒界の相互作用による応力場の解析(離散転位モデルと準連続体モデルの比較) (2007)
  • Author(s): 椋代雄太郎・下川智嗣・中谷彰宏
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第20回計算力学講演会) No.07-36 Pages: 245-246
• [Journal Article] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードの励起に関する分子動力学解析 (2007)
  • Author(s): 木下佑介・山寄優・土井祐介・中谷彰宏・北村隆行
  • Journal Title: 日本機械学会講演論文集(第20回計算力学講演会) No.07-36 Pages: 267-268
• [Journal Article] Study on biphasic material model and mechanical analysis of knee joint cartilage
  • Author(s): A. Nakatani and A. Sakashita
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series (掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 転位モデルによる粒界と転位の相互作用場の解析 (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏・下川智嗣・椋代雄太郎
  • Organizer: 日本金属学会2008年春季大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 転位モデルによる料界と転位の相互作用場の解析 (2008)
  • Author(s): 中谷彰宏・下川智嗣・椋代雄太郎
  • Organizer: 日本金属学会2008年春季大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] Study on Deformation of Vesicle Membrane based on Evolution of Topological Defects (2008)
  • Author(s): A. Nakatani and Y. Shobatake
  • Organizer: XXII International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2008)
  • Place of Presentation: Adelaide, Australia
• [Presentation] Molecular Dynamics Study of Temporal Evolution of Defect Structures in Fcc Metal Nanowire under Torsional Loading, International Symposium on Structures under Earthquake (2008)
  • Author(s): T. Ogawa and A. Nakatani
  • Organizer: Impact, and Blast Loading (IB'08)
  • Place of Presentation: Suita
• [Presentation] A Multiscale Modeling of Grain Boundary Characteristics in Aluminum (keynote) (2008)
  • Author(s): A. Nakatani and Y. Mukudai
  • Organizer: International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
  • Place of Presentation: Fukuoka
• [Presentation] Molecular dynamics study of ductile fracture near crack tip field in nanocrystalline aluminum (2008)
  • Author(s): C. Urabe, T. Ogawa, and A. Nakatani
  • Organizer: International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
  • Place of Presentation: Fukuoka
• [Presentation] Molecular dynamics study of defect structures in fcc nanowire under torsional loading (2008)
  • Author(s): T. Ogawa and A. Nakatani
  • Organizer: International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
  • Place of Presentation: Fukuoka
• [Presentation] Study on Deformation of Vesicle Membrane based on Evolution of Topological Defects (2008)
  • Author(s): Akihiro Nakatani, Yasuyuki Shobatake
  • Organizer: XXII International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2008)
  • Place of Presentation: Aderaide, Australia
• [Presentation] Molecular Dynamics Study of Temporal Evolution of Defect Structures in Fcc Metal Nanowire under Torsional Loading (2008)
  • Author(s): Takaki Ogawa, Akihiro Nakatani
  • Organizer: International Symposium on Structures under Earthquake, Impact, and Blast Loading (IB'08)
  • Place of Presentation: Osaka
• [Presentation] A Multiscale Modeling of Grain Boundary Characteristics in Aluminum (2008)
  • Author(s): Akihiro Nakatani, Yutaro Mukudai
  • Organizer: International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
  • Place of Presentation: Fukuoka
• [Presentation] Molecular dynamics study of ductile fracture near crack tip field in nanocrystalline aluminu''. International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008) (2008)
  • Author(s): Chiyori Urabe, Takaki Ogawa, Akihiro Nakatani
  • Organizer: International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
  • Place of Presentation: Fukuoka
• [Presentation] A comparison of discrete-dislocation and quasicontinuum analysis of dislocation-grain boundary interactions (2007)
  • Author(s): Y. Mukudai, T. Shimokawa and A. Nakatani
  • Organizer: Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics in conjunction with Eleventh International Conference on Enhancement and Promotion of Computational Methods in Engineering and Science (APCOM'07-EPMESC XI)
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Presentation] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carbon nanotubes (2007)
  • Author(s): Y. Kinoshita, Y. Yamayose, Y. Doi, A. Nakatani, and T. Kitamura
  • Organizer: Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics in conjunction with Eleventh International Conference on Enhancement and Promotion of Computational Methods in Engineering and Science (APCOM'07-EPMESC XI)
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Presentation] Elasticity analysis of stress field near dislocation in inhomogeneous material 9th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM9) (2007)
  • Author(s): A. Nakatani and Y. Mukudai
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
• [Presentation] Microdynamics simulation in deformable body mechanics (invited) (2007)
  • Author(s): A. Nakatani
  • Organizer: XXXV International Summer School-Conference Advanced Problems in Mechanics 2007 (APM2007)
  • Place of Presentation: Saint-Petersburg, Russia
• [Presentation] Microdynamics simulation in deformable body mechanics(invited) (2007)
  • Author(s): Akihiro Nakatani
  • Organizer: XXXV International Summer School-Conference A dvanced Problems in Mechanics 2007 (APM2007)
  • Place of Presentation: Saint-Petersburg, Russia
• [Presentation] Discrete breathers in two dimensional Fermi-Pasta-Ulam lattice systems (2007)
  • Author(s): Yusuke Doi and Akihiro Nakata ni
  • Organizer: The Fifth IMACS International Conference on Nonlinear Evolution Equations and Wave Phenomena: Computation and Theory
  • Place of Presentation: Athens, GA, USA
• [Presentation] Elasticity analysis of stress field near dislocation in inhomogeneous material (2007)
  • Author(s): Akihiro Nakatani and Yutaro Mukudai
  • Organizer: 9th US National Congress on Computational Mechanics(USNCCM9)
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
• [Presentation] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carb on nanotubes (2007)
  • Author(s): Yusuke Kinoshita, Yu Yamayose, Yusuke Doi, Akihiro Nakatani and Takayuki Kitamura
  • Organizer: Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics in conjunction with Eleventh International Conference on Enhancement and Promotion of Computational Methods in Engineering and Science (APCOM'07-EPMESC XI)
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Book] 計算力学ハンドブック(矢川元基・宮崎則幸編,分担) (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Total Pages: 680
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] 機械工学便覧基礎編α6計算力学-Computational Mechanics-(日本機械学会編, 分担) (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏
  • Total Pages: 214
  • Publisher: 日本機械学会
• [Book] 計算力学ハンドブック (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏(矢川元基・宮崎則幸 編、分担)
  • Total Pages: 680
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] 機械工学便覧 基礎編 α6計算力学-Computational Mechanics- (2007)
  • Author(s): 中谷彰宏(日本機械学会編、分担)
  • Total Pages: 214
  • Publisher: 日本機械学会