分子動力学を用いた微視的離散モデルに基づく材料強度評価システムの開発

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452108
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 三好 俊郎 東京大学, 工学部, 教授 (70011195)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高野 直樹 東京大学, 工学部, 助手 (10206782) ; 奥田 洋司 東京大学, 工学部, 講師 (90224154)
• Keywords: 分子動力学 / 微視的破壊力学 / 材料強度 / 界面強度 / Si結晶 / エンジニアリング・ワ-クステ-ション / ス-パ-コンピュ-ティング

Research Abstract

接合材界面き裂の挙動をシミュレ-ションするに際し、マクロな材料物性(ヤング率およびポアソン比)を再現する原子間ポテンシャルを2次元3角形格子状の原子配置のもとで作成した。また、境界条件として線形弾性論によって得られる特異解を用い、準静的な荷重負荷状態における原子配置を計算するための分子動力学解析プログラムを開発した。金属(Cu)ーセラミックス(Si_3N_4)接合材を想定し、開口モ-ド、界面強度が界面き裂の進展に及ぼす影響をパラメトリックに調査した。界面のポテンシャルはヤング率を変化させてその深さを調節した。その結果、有限要素法では限られない情報である、転位の生成・移動、き裂の進展方向の予測、界面の強さの考慮が可能となった。次に、電子デバイスの主な構成材料であるSiの力学的な信頼性評価を目的として、上記のプログラムを改良することにより、Si単結晶における転位すべり運動の解析プログラムを作成した。原子間力の計算にはTersoff型ポテンシャルを用いた。臨界せん断応力およびパイエルス力の計算において文献値と近い値が得られた。以上の解析プログラムは、デ-タ作成支援プログラムおよび計算結果の可視化プログラムと有機的に結合したシステムとして、購入したワ-クステ-ション上で開発された。今後は、分子動力学計算の定量的な評価をさらに進めると同時に、連続体力学とのインタ-フェイスをモデル化することにより、有限要素法などの連続体力学に基づく解析手法の中に微視的な観点から得られた情報を取り込む手法を開発する。

Research Products

• [Publications] 三好 俊郎,奥田 洋司: "界面き裂の分子動力学解析(2次元3角形原子配列下での解析)" 日本機械学会第68期通常総会講演会講演論文集Vol.A. 910ー17. 477-478 (1991)
• [Publications] 三好 俊郎,奥田 洋司: "界面き裂の分子動力学解析(界面ポテンシャルに関する検討)" 日本機械学会第4回計算力学講演会講演論文集. 910ー79. 109-110 (1991)
• [Publications] 三好 俊郎,奥田 洋司: "Si単結晶における転位の分子動力学計算" 日本機械学会第1回電子デバイス/コンピュ-タの高度化と計算力学シンポジウム講演論文集. 910ー94. 11-12 (1991)
• [Publications] 三好 俊郎,奥田 洋司: "分子動力学によるSi単結晶の転位運動シミュレ-ション" 第41回応用力学連合講演会講演予稿集. 141-142 (1992)