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Development of multiscale alloy strength simulator based on dislocation-precipitate interactions

Research Project

Project/Area Number 21K11924
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60100:Computational science-related
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

Takahashi Akiyuki  東京理科大学, 創域理工学部機械航空宇宙工学科, 教授 (00366444)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords重合メッシュ法 / 転位動力学法 / 転位ー析出物相互作用 / 合金 / 微視的組織 / 臨界分解せん断応力 / 転位 / 析出物 / 転位動力学 / 整合ひずみ
Outline of Research at the Start

本研究では,重合メッシュ法を用いた合金中の内部応力の計算と,転位動力学法による転位の運動の計算機シミュレーションを融合させ, 複雑に分布する析出物と転位の相互作用を考慮することを可能にすることによって,ミクロな析出物の形状や分布が与える合金のマクロな応力―ひずみ関係を予測することが可能なマルチスケール合金強度シミュレータの開発を目的とする.具体的には,重合メッシュ法による高精度な内部応力計算法の検討を行い,内部応力を転位動力学法に実装することで,高精度な転位と析出物の相互作用の数値解析を可能にするシミュレータを実現する.

Outline of Final Research Achievements

An alloy strength simulator has been developed that combines the s-version finite element method, which calculates the internal stresses created by precipitates with coherency strain, and the dislocation dynamics method, which simulates the behavior of dislocations under internal stress. The conditions for accurately calculating dislocation behavior under internal stress and the conditions for implementing the dislocation dynamics method were clarified. Furthermore, alloy models with different volume fractions of precipitates were developed and the effects of volume fractions and distribution of precipitates were investigated. It was confirmed that the larger the volume fraction of precipitates, the larger the critical resolved shear stress required for dislocation migration. In the model with distributed precipitates, the critical resolved shear stress was higher for the case with spherical precipitates than for the case with disk-shaped precipitates.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した合金強度シミュレータは,様々な析出物の形状および分布を有する合金強度評価の可能性を飛躍的に向上させることが期待できる.重合メッシュ法を用いてローカルメッシュで析出物をモデル化することにより,析出物のモデル化の労力を著しく低下させることに成功した.さらに重合メッシュ法で計算した内部応力を転位動力学法で用いることによって,転位と析出物の相互作用を精度良く計算可能であることを示すことに成功した.本シミュレータを応用することによって,合金の強度に対する析出物の形状と分布の影響の理解が深化し,今後更なる強度を有する合金設計への貢献が期待できる.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Stress field and interaction forces between dislocations and precipitate distributions2024

    • Author(s)
      Takahashi A.、Kasuya T.、Ghoniem N. M.
    • Journal Title

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      Volume: - Issue: 11

    • DOI

      10.1002/nme.7468

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 転位ー析出物相互作用における析出物形状の影響の転位動力学解析2023

    • Author(s)
      奥田健斗,平能敦雄,高橋昭如
    • Organizer
      日本機械学会第36回計算力学講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 転位―析出物相互作用に基づく合金強度シミュレータの開発2022

    • Author(s)
      高橋昭如
    • Organizer
      第2回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Virtual Dislocation Core Model for Dislocation Dynamics Simulation of Dislocation-precipitate Interactions2022

    • Author(s)
      A. Kazama, R. Sakata, A. Takahashi
    • Organizer
      15th World Congress on Computational Mechanics and 8th Asia-Pacific Congress on Computational Mechanics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 簡易的な転位芯構造モデルを用いた転位―析出物相互作用の転位動力学解析手法2021

    • Author(s)
      坂田陸,高橋昭如
    • Organizer
      日本機械学会第34回計算力学講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 転位動力学法と重合メッシュ法を用いた転位―析出物相互作用の転位動力学解析手法2021

    • Author(s)
      粕谷太地,高橋昭如
    • Organizer
      日本機械学会第34回計算力学講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 重合メッシュ法と転位動力学法を用いた転位―析出物相互作用解析手法2021

    • Author(s)
      粕谷太地,高橋昭如
    • Organizer
      第26回計算工学講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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