繰り込み群により倍率を制御する仮想顕微鏡の試作とその切削への適用

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455075
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 稲村 豊四郎 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (60107539)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武澤 伸浩 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (50236452) ; 島田 尚一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20029317)
• Keywords: 分子動力学 / 繰り込み / 逆繰り込み / シミュレーション / 切削 / 脆性 / 破壊 / 雰囲気

Research Abstract

本研究で得られた成果は以下の通りである。
1.原子系を原子クラスタの集合と見なし、更に長さスケールの再規格化を行なってクラスタ系を原子系のごとく扱い、これに分子動力学を適用する繰り込み変換分子動力学を開発した。
2.繰り込み変換分子動力学によるシミュレーション結果の局部を、再度ズ-ミングしてシミュレートする逆繰り込み変換分子動力学を開発した。更に両者を統合して繰り込み群分子動力学とした。
3.繰り込み群変換分子動力学により、Si単結晶のμmスケールの切削シミュレーションを行なった。その結果、Siは延性的に削れるものの、切削中の工具逃げ面下では、アコースティックエミッションによる動的な力で、微細なき裂が断続的に生成消滅を繰り返していることが判明した。
4.上記3.と同様のシミュレーションを単結晶Cuに対して行なったところ、Siの場合のような微細なき裂は現れなかった。
5.上記3.の結果をもとに、微細き裂が生成される際に雰囲気分子が侵入し、クラスタ間相互作用が弱まるとして再度切削シミュレーションを行なったところ、ぜい性モード切削となった。この事実から、少なくとも無欠陥単結晶Siのぜい性発現には、雰囲気の影響が決定的に重要であることが判明した。
6.上記5.におけるクラックの成長に必要なエネルギは、Si内に蓄積されていた弾性ひずみエネルギの解放により供給される。Cuの場合、開放されるべきエネルギの蓄積がないこと、及び開放の引金になる微細き裂の生成がないことの二重の意味で、延性的性質を示すことが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] 稲村豊四郎, 武澤伸浩,他: "繰り込み変換分子動力学による無欠陥単結晶シリコン切削時のクラック生成過程シミュレーション" 精密工学会誌. 63.1. 86-90 (1997)
• [Publications] 稲村豊四郎, 武澤伸浩,他: "繰り込みの手法に基づく可変スケール分子動力学シミュレーションについて" 日本機械学会論文集A編. 63・608. 858-863 (1997)
• [Publications] T.Inamura, S.Shimada, et. al: "Brittle/Ductile Transition Phenomena Observed in Computer Simulation of Machining Defect-Free Monocrystal Silicon" Annals of the CIRP. 46.1. 31-34 (1997)