2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
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| Project/Area Number |
18H05481
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤居 俊之 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40251665)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 英治 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (80180280)
SVADLENKA KAREL 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60572188)
稲邑 朋也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60361771)
垂水 竜一 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30362643)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | キンク形成 / キンク強化 / 回位 / 転位 / 微分幾何学 / ミルフィーユ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実績の概要を以下に記す．
(1)中島らは，LPSO相において，くさび型キンクの形成に伴って生じる母相のわずかな結晶回転に着目し，回転角度を高精度に測定することに成功した．この回転角度は，回位のフランクベクトルに相当すると解釈でき，キンク形成に伴った回位発生を実験から裏付けた．
(2)シュワドレンカらは，変分原理に基づいた弾塑性ダイナミックスの数理モデルを用いて，時間依存のエネルギー汎関数の最小値を求める方法により，弾性変形から塑性変形に至るまでの変形組織の時間発展を表現した．モデルの精緻化により，キンク形成の動的挙動が再現できることが示された．
(3)稲邑らは，Rank-1接続に基づいて，くさび型キンクが複数の底面すべりが同時に活動して形成される場合のキンク形態を系統的に解析し，第二の底面すべりのわずかな活動によってキンク形態が大きく変化することを見いだした．さらに，キンク形成に伴って発生した回位が，その後の塑性変形に対して変形抵抗となり得ることを示し，キンク強化の一因となり得ることを示した．
(4)垂水らは，微分幾何学を用いて，転位論と回位論を包含する体系的な理論解析手法を確立させ，転位と回位の弾性応力場の精緻な数値解を求め，両者の可換性を証明した．さらに本手法の適用により，転位列端部に発生する回位のフランクベクトルの定量化が可能であることを示した．
(5)藤居らは，種々のマグネシウム合金単相材および複相材の圧縮変形におけるひずみ速度感受性指数の温度依存性を実験的に調べ，室温より高い温度において溶質原子が関与するポルトヴァンルシャトリエ効果が発現することを見いだした．キンク形成時およびキンクを含む合金の変形素過程の理解には，この効果を除いた活性化体積の見積が必要であることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画研究が掲げている異分野融合を進めるべく，キンク形成に伴って発生する回位のフランクベクトルの実験による実測値を，幾何学的界面適合条件に基づく理論値と比較することができ，両者の値が極めてよく一致することが明らかとなった．キンク形成現象を多様な視点で捉えた異分野融合の成果といえる．本年度後半には，研究期間の半ばを迎え，キンク形成からキンク強化に着目した研究へ軸足を移行してきた．キンク形成に関わる研究成果から，キンク形成時に発生する回位がキンク強化を議論する上で重要な鍵を握ることが明らかとなり，複数回に及ぶ研究会の場で議論を深めてきた．さらに，キンク強化理論確立の礎となり得る微分幾何学に基づいた転位論と回位論の体系化にも成功し，研究期間後半でキンク強化を具体的に議論する道筋が示された．
新型コロナウイルス感染症の影響から，対面での研究集会は実施できなかったものの，年度始めからオンライン会議システムを導入し，情報交換を支障なく進めることができた．海外共同研究者との交流集会も対面実施はかなわなかったが，電子メールによる緊密な連絡を通して昨年度に引き続き議論を深めることができた．
以上のことから，研究当初に掲げた研究目的を達成するために，本年度は着実な研究成果をあげていると自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策を具体的に以下に記す．
(1)中島：キンクに導入される回位の大きさを測定・解析できる実験手法を確立させ，幾何学的理論値との比較を行う．また，多段階圧縮試験により，転位とキンクもしくは転位と回位の相互作用を解析し，また，せん断変形による回位の大きさの変化を調査する． LPSO単相合金に加えて，マグネシウム複相合金も利用し，キンク強化の理論構築に資する更なる知見の獲得を狙う．
(2)シュワドレンカ：これまで構築した弾塑性ダイナミックスの数理モデルを実装するための最小化の数値スキームを確立する．シミュレーションでキンク形成が確認されるまで，モデルの改良を行い，実験と解析結果とを比較しながら，キンク形成・強化の観点からミルフィーユ条件の精査と定量化を行う．
(3)稲邑：キンク形成とキンク強化の運動学的解析を行う．キンクの観察結果を基に，回位の存在を検証する．底面すべりが複数作動した場合の理論解析結果を用いて， Rank-1接続によるキンクの運動学的描像と実験結果の比較を行う．さらに非底面すべりが活動した場合の回位の対消滅モードの解析を行う．さらにキンク強化の運動学的モデルを構築し，回位に基づく強化量を与える理論式を定式化する．
(4)垂水：微分幾何学に基づくキンク変形モデルの高精度化を継続して進める．特に，キンク構造の形成にともなって生じる回位とその分布について定量的な解析を進めるとともに，キンク変形を転位と回位の双方の立場から俯瞰できる学問体系の確立を目指す．
(5)藤居：キンクを導入したマグネシウム合金におけるひずみ速度急変試験を種々の温度で実施し，変形の熱活性化支配因子を特定するとともに，キンク強化をもたらす変形機構の解明を行う．さらに研究代表者として，班内外の連携研究を促進し，多様な視点からキンク形成およびキンク強化理論構築を実現させる．
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