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2014 Fiscal Year Annual Research Report

第一原理計算によるバルクナノメタルの基礎物性設計

Planned Research

Project AreaBulk Nanostructured Metals -New Metallurgy of Novel Structural Materials
Project/Area Number 22102003
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

尾方 成信  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 香山 正憲  独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, その他 (60344157)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2015-03-31
Keywords転位生成 / 粒界移動 / 加速分子動力学法 / 第一原理局所応力解析 / 結晶粒サイズ依存性 / 基礎物性設計指針
Outline of Annual Research Achievements

本年度の主な成果は以下の2点である。
(1)バルクナノメタルの変形の素過程である、粒界からの転位生成、粒界移動およびすべり、粒界での原子拡散現象を、実時間かつ原子レベルで解析することのできる加速分子動力学解析を開発し、これらの現象における原子構造の変化の詳細や熱力学パラメーターを獲得することを可能とした。これにより、バルクナノメタルの強度や特異な塑性変形特性を定量的に予測評価することが可能となり、A01ア班によって明らかにされている、ナノメタルの降伏や変形能が1ミクロン粒径で急激に変化することなどを首尾良く説明することに成功した。
(2)バルクナノメタルの変形や基礎物性を最も支配している粒界性格の負荷応力による変化を、電子構造のレベルから明らかにするために、これまで開発してきた第一原理局所応力局所ひずみ解析を、引張り変形下の粒界に対して適用できるように拡張した。これにより、粒界の力学的な基礎物性を第一原理から明らかにすることに成功した。
以上、2点の成功により、バルクナノメタルの基礎物性設計を、第一原理計算すなわち電子論の観点から可能とする枠組みが構築できた。さらには、この枠組みによって得られたバルクナノメタルの力学的特性は、A01ア班で実験的に得られた力学的特性に関する知見とよく整合しており、その有効性が確かめられた。これらの成果により、結晶材料の機械的特性を支配している普遍的な結晶粒サイズ依存則を見出すことができた。また、バルクナノメタルの特異な力学挙動を発現する時間・空間スケールの決定因子を明らかにすることを通じて、現実の材料物性に立脚した、バルクナノメタルのユニバーサルな基礎物性設計指針を獲得することができた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (40 results)

All 2015 2014

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (33 results) (of which Invited: 8 results)

  • [Journal Article] アモルファス金属中に発現する中距離秩序構造の原子論的検討2015

    • Author(s)
      譯田真人, 渋谷陽二, 尾方成信
    • Journal Title

      材料

      Volume: 64 Pages: 156-162

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.2472/jsms.64.156

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] From “smaller is stronger” to “size-independent strength plateau”: towards measuring the ideal strength of iron2015

    • Author(s)
      Wei-Zhong Han, Ling Huang, Shigenobu Ogata, Hajime Kimizuka, Zhao-Chun Yang, Christopher Weinberger, Qing-Jie Li, Bo-Yu Liu, Xi-Xiang Zhang, Ju Li, Evan Ma, Zhi-Wei Shan
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1002/adma.201500377

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Impact toughness of 0.3 mass% carbon tempered martensitic steels evaluated by instrumented charpy test2014

    • Author(s)
      S. Takebayashi, K. Ushioda, N. Yoshinaga, and S. Ogata
    • Journal Title

      Mater. Sci. Forum

      Volume: 783-786 Pages: 1033-1038

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.1033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ab Initio Perspective of the <110> Symmetrical Tilt Grain 10.1007/s10853-014-8038-12014

    • Author(s)
      S. Kr. Bhattacharya, S. Tanaka, Y. Shiihara and M. Kohyama
    • Journal Title

      J. Mater. Sci.

      Volume: 49 Pages: 3980

    • DOI

      10.1007/s10853-014-8038-1

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 鉄中固体水素および炭素原子の拡散ダイナミクス2014

    • Author(s)
      尾方成信
    • Journal Title

      ふぇらむ

      Volume: 19 Pages: 524-530

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Si Segregation at Fe Grain Boundaries Analyzed by Ab Initio Local Energy and Local Stress2014

    • Author(s)
      S. Kr. Bhattacharya, M. Kohyama, S. Tanaka and Y. Shiihara
    • Journal Title

      J. Phys.: Condens. Matter

      Volume: 26 Pages: 355005

    • DOI

      doi:10.1088/0953-8984/26/35/355005

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 局所エネルギー・局所応力の第一原理計算法開発と材料界面への適用2014

    • Author(s)
      香山正憲, 田中真悟, 椎原良典
    • Journal Title

      まてりあ

      Volume: 53 Pages: 405

    • DOI

      http://doi.org/10.2320/materia.53.405

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属ガラスの緩和状態と変形様態との関係の原子論的解析2015

    • Author(s)
      宮崎成正, 譯田真人, 尾方成信
    • Organizer
      日本金属学会春季(第156回)講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] 局所エネルギー・局所応力法による第一原理引っ張り試験の解析:Al粒界, Cu粒界への適用2015

    • Author(s)
      王 昊, 香山 正憲, 田中 真悟, 椎原良典
    • Organizer
      日本金属学会春季(第156回)講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [Presentation] Structural and Mechanical Properties of Rejuvenated Amorphous Metals2015

    • Author(s)
      Shigenobu Ogata, Masato Wakeda
    • Organizer
      2015 TMS Annual Meeting & Exhibition
    • Place of Presentation
      Orland, USA
    • Year and Date
      2015-03-15 – 2015-03-19
    • Invited
  • [Presentation] Rejuvenation of Metallic Glasses Induced by Thermal and Pressure Loading2015

    • Author(s)
      Masato Wakeda, Narumasa Miyazaki, Shigenobu Ogata
    • Organizer
      2015 TMS Annual Meeting & Exhibition
    • Place of Presentation
      Orland, USA
    • Year and Date
      2015-03-15 – 2015-03-19
  • [Presentation] 細粒銅結晶における粒界からの転位生成過程の加速分子動力学解析2015

    • Author(s)
      斎木脩平, 辻眞望, 石井明男, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-14 – 2015-03-14
  • [Presentation] アンブレラサンプリングによる有限温度下の材料中点欠陥の拡散障壁評価2015

    • Author(s)
      高橋和平, 奥田龍, 石井明男, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-14 – 2015-03-14
  • [Presentation] kinetic Monte Carlo法によるFe-Si合金中のらせん転位ダイナミクスの評価2015

    • Author(s)
      山口貴司, 田中柾伎, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-14 – 2015-03-14
  • [Presentation] 面欠陥を有する銅結晶の酸化と破壊の分子動力学計算2015

    • Author(s)
      桐原圭吾, 新里秀平, 石井明男, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-14 – 2015-03-14
  • [Presentation] Local Energy and Local Stress in Density-Functional Theory Calculations of Materials2015

    • Author(s)
      M. Kohyama, S. Kr. Bhattacharya, H. Wang, V. Sharma, S. Tanaka and Y. Shiihara
    • Organizer
      The 9th International Conference on Computational Physics (ICCP9)
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2015-01-08 – 2015-01-08
  • [Presentation] Adaptive-boost molecular dynamics simulation of thermally activated motions of crystal imperfections2014

    • Author(s)
      S.Ogata, A.Ishii, Y-.J. Wang
    • Organizer
      The 9th General Meeting of ACCMS-VO
    • Place of Presentation
      Okinawa
    • Year and Date
      2014-12-20 – 2014-12-22
    • Invited
  • [Presentation] First-principles derivation of nonlinear elastic constants of single crystals2014

    • Author(s)
      H. Kimizuka, T. Nishino, and S. Ogata
    • Organizer
      The 9th General Meeting of ACCMS-VO
    • Place of Presentation
      Okinawa
    • Year and Date
      2014-12-20 – 2014-12-22
  • [Presentation] First principle study of interaction between solute Si and screw dislocation in Fe-Si alloy2014

    • Author(s)
      Masato Wakeda, and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      The 9th General Meeting of ACCMS-VO
    • Place of Presentation
      Okinawa
    • Year and Date
      2014-12-20 – 2014-12-22
  • [Presentation] Ab Initio Local-Energy and Local-Stress Calculations: Applications to Materials Interfaces2014

    • Author(s)
      M. Kohyama, S. Kr. Bhattacharya, H. Wang, V. Sharma, S. Tanaka and Y. Shiihara
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS) 2014 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      USA
    • Year and Date
      2014-12-04 – 2014-12-04
  • [Presentation] Density functional theory analysis of stability of Mg {10-12} <10-1-1> twin embryo and energetic of twin boundary migration2014

    • Author(s)
      Akio Ishii, and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS) 2014 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] Molecular Dynamics Simulation of Thermal Rejuvenation of Ternary Amorphous Alloy2014

    • Author(s)
      Masato Wakeda, Narumasa Miyazaki, Junji Saida, Shigenobu Ogata
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS) 2014 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [Presentation] 金属材料における拡散と変形の原子論的解析2014

    • Author(s)
      尾方成信
    • Organizer
      CMRI研究会
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所
    • Year and Date
      2014-11-11 – 2014-11-11
    • Invited
  • [Presentation] First-Principles Local-Energy and Local-Stress Analysis of Tensile Behavior of Grain Boundaries in Al and Cu2014

    • Author(s)
      王昊, 香山 正憲, 田中 真悟, 椎原良典
    • Organizer
      日本金属学会2014年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-25
  • [Presentation] 離散転位動力学法によるFe-Si合金の転位挙動解析2014

    • Author(s)
      田中柾伎, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      日本金属学会2014年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [Presentation] 粒界・界面の計算科学:これまでの発展と今後の展望2014

    • Author(s)
      香山 正憲
    • Organizer
      第24回格子欠陥フォーラム(日本物理学会領域10格子欠陥分科)
    • Place of Presentation
      岐阜県恵那
    • Year and Date
      2014-09-12 – 2014-09-12
    • Invited
  • [Presentation] 局所エネルギー・局所応力の第一原理計算法開発:粒界の不純物偏析と局所弾性定数への適用2014

    • Author(s)
      香山 正憲, S. Kr. Bhattacharya, 王 昊, 田中 真悟, 椎原良典
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-08
  • [Presentation] Study of Energy Barrier for Screw Dislocation in Fe-Si alloys Using Line Tension Model2014

    • Author(s)
      Shuhei Shinzato, Masato Wakeda, Hajime Kimizuka and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      IUMRS-ICA 2014
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-30
  • [Presentation] Atomistic Prediction of Solute Hardening and Softening in Fe-Si Alloys2014

    • Author(s)
      Masato Wakeda, Hajime Kimizuka and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      IUMRS-ICA 2014
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • Invited
  • [Presentation] Ab Initio Local Energy and Local Stress Applied to Materials Interfaces2014

    • Author(s)
      M. Kohyama, S. Kr. Bhattacharya, S. Tanaka, H. Wang, V. Sharma and Y. Shiihara
    • Organizer
      The 15th IUMRS International Conference in Asia (IUMRS-ICA2014)
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • Invited
  • [Presentation] Local Energy and Local Stress in Density-Functional Theory Calculations of Materials2014

    • Author(s)
      M. Kohyama
    • Organizer
      RIMS International Conference: Mathematical Challenge to a New Phase of Materials Science
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2014-08-04 – 2014-08-05
    • Invited
  • [Presentation] Atomistically Informed Creep Constitutive Equation of Nanocrystalline Metals2014

    • Author(s)
      Yunjiang Wang and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      11th World congress on computational mechanics (WCCM 2014)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [Presentation] Computational study of the effect of hydrostatic pressure on plastic deformation of metallic glass2014

    • Author(s)
      Jacob Carlsson, Masato Wakeda and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      11th World congress on computational mechanics (WCCM 2014)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [Presentation] Fe-Si 合金中の転位挙動の離散転位動力学解析2014

    • Author(s)
      田中柾伎, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      第19回分子動力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-05-16 – 2014-05-16
  • [Presentation] 外部負荷せん断応力下におけるらせん転位とSi原子との相互作用に関する 原子論的解析2014

    • Author(s)
      新里秀平, 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      第19回分子動力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-05-16 – 2014-05-16
  • [Presentation] 原子論に基づくFe-Si合金の固溶強化・軟化予測2014

    • Author(s)
      譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
    • Organizer
      第19回分子動力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-05-16 – 2014-05-16
  • [Presentation] 第一原理局所エネルギー・局所応力計算:金属粒界の不純物偏析と局所弾性定数2014

    • Author(s)
      香山 正憲, S. Kr. Bhattacharya, 王 昊, 田中 真悟, 椎原良典
    • Organizer
      日本材料学会第19回分子動力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-05-16 – 2014-05-16
  • [Presentation] Ab Initio Local Energy and Local Stress: Essence of the Method and Recent Applications to Surfaces, Defects, and Interfaces2014

    • Author(s)
      M. Kohyama, S. Kr. Bhattacharya, H. Wang, V. Sharma, S. Tanaka and Y. Shiihara
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations, AMTC4
    • Place of Presentation
      Hamamatsu, Japan
    • Year and Date
      2014-05-06 – 2014-05-10
    • Invited
  • [Presentation] Fast solute-atom diffusion channel in dislocation core2014

    • Author(s)
      Akio Ishii, Ju Li, and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS) 2014 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25
  • [Presentation] Atomistic Estimation of Critical Resolved Shear Stress in Fe-Si alloy2014

    • Author(s)
      huhei Shinzato, Masato Wakeda, Hajime Kimizuka and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      MRS Spring Meeting & Exhibit 2014
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25

URL: 

Published: 2016-06-01  

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