分子動力学法を基盤にしたスケール依存性を持つ材料強度評価方法の確立

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09044165
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北川 浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30029095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): VACLAV Vitek ペンシルベニア大学, 材料科学工学科, 教授 ; SIEGFRIED Sc シュツッツガルト大学, 材料工学科, 教授 ; 北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882) ; 赤星 保浩 九州工業大学, 工学部, 助教授 (60222519) ; 渋谷 陽二 大阪大学, 工学研究科, 助教授 (70206150)
• Keywords: 分子動力学法 / 連続体力学 / マルチスケールモデリング / 離散転位動力学法 / 第一原理計算手法 / 有限要素法 / 材料強度評価

Research Abstract

本年度は,独国マックスプランク研究所(シュツッツガルト)において,平成10年7月20〜22日の3日間にわたり第2回の会合を行った。そこでは,昨年度大阪で開かれた第1回会合時における各研究者間での意見調整,および問題点の確認を踏まえて,各担当分の調査の実施を行った。本年度は,研究代表者,分担者以外に,日本からの研究協力者が4名,それに加えてドイツ,アメリカ,デンマーク,スイス,フランス等の諸外国からの研究者を混じえて内容の充実した会合となった。主として,離散系原子シミュレーションや連続体モデルとの連結の方法論,材料強度評価における第一原理計算の役割,そしてき裂伝ぱ,転位間の相互作用,およびナノ結晶体の力学特性に代表されるような超大規模分子動力学計算手法とその結果等について熱心に議論された。さらに,転位の連続体モデル,ひずみ勾配塑性力学の連続体モデルといった視点の研究成果もあわせて議論された。マルチスケールモデリングの方法論に関しては,現象に依存した手法の提案,あるいはスケール間の力学的整合性を持たない解析方法がいまだ一般的ではある。しかしながら,転位間の相互作用の記述の問題点や,有限要素法に取込む擬連続体モデルでの熱的効果といった問題点が指摘され,現状のモデリングにおける問題点が明確になった。
今回の会合時に,日本材料学会から出版されているMaterials Science Research International(MSRI)の平成11年12月号における本科研共同研究の成果を公表する特集号の計画が了承された。そこでは,研究代表者および分担者により,Review Paperが2件,General Paperが5件投稿される予定である。研究者間の相互理解に基づく共同研究体制が,本科研の実施を通じて着実にできあがりつつある。

Research Products

• [Publications] Kitagawa, H., Nakatani, A., Ogata, S., Saitoh, K. & Maegawa, Y.: "Atomic Diffusion near Al Grain Boundary(Molecular Dynamics AnalysisBased on Effective-Medium Theory)" JSME Int.J.40・3. 203-210 (1997)
• [Publications] Y.shibutani, V.Vitek & J.L.Bassani: "Nonlocal Properties of inhomogeneous Structures by Linking Approach of Generalized Continuum to Atomistic Model" Int.J.Mech.Sci.40・23. 129-137 (1998)
• [Publications] Y.Shibutani: "Instability Analyses of Stress-induced Phase Transformation" Mesoscopic Dynamics of Fracture. 100-110 (1998)
• [Publications] 北村隆行,梅野宜崇: "第一原理分子動力学法によるアルミニウムS9傾角粒界の構造および特性解析" 日本機械学会論文集,A編. 64・626. 2463-2470 (1998)
• [Publications] Takayuki Kitamura, Kisaragi Yashiro & Ryuichi Ohtani: "Criteria for Nucleation of a Cleavage Crack and a Dislocation in a Nickel Single Crystal Based on Molecular Dynamics" Mesoscopic Dynamics of Fracture, Advances in Materials Research. 120-130 (1998)
• [Publications] 中西彰宏,北川 浩,西山英俊: "均質化法を用いたマクロき裂とミクロき裂群間の弾性相互干渉効果の検討" 日本機械学会論文集(A編). 64・628. 2889-2894 (1998)
• [Publications] Akihiro Nakatani, Hiroshi Kitagawa, & Makoto Sugizaki: "Discrete Dislocation Dynamics Study on Distribution of Dislocations and Stress Field near Crack Tip" Mesoscopic Dynamics of Fracture, Computational Materials Design. 148-154 (1998)
• [Publications] H.Kitagawa & S.Ogata: "Computer Simulation for Estimation of Mechanical and Thermal Properties of AIN" Key Engineering Materials. 162. 443-448 (1999)
• [Publications] S.Ogata & H.Kitagawa: "Ab-initio Tensile Testing Simulation of Al, AIN and Al/AIN Composite" Mesoscopic Dynamics of Fracture, Advances in Materials Research. 176-184 (1998)
• [Publications] D.Uhlmann, P.Klzler, & S.Schmauder: "From Nanoscale top Macroscale : Study of Damage in Steels with Cu Precipitates using Micromechanically Based Stress-Strain Curves" Proc.19th Risoe International Symposium on Materials Science : Modelling of Structure and Mechanics of Materials from Microscale to Product. 529-534 (1998)
• [Publications] S.Y.Hu, M.Ludwig, p.Kizler & S.Schmauder: "Atomistic simulations of deformation and fracture of a-Fe" Mater.Sci.Eng.6. 567-586 (1998)
• [Publications] P.Gumbsch, J.Riedle, A.Hartmaier & H.F.Fischmeister: "Controlling Factors for the Brittle-to-Ductile Transition in Tungsten Single Crystals" SCIENCE. 282・13. 1293-1295 (1998)
• [Publications] R.Mikulla, J.Stadler, F.Kuri, H-R.Trebin, & P.Gumbsch: "Crack Propagation in Quasicrystals" PHYSICAL REVIEW LETTERS. 81・15. 3163-3166 (1998)
• [Publications] M.Ludwig & P.Gumbsch: "Cleavage fracture and crack tip dislocation emission in B2 NiAl: An atomistic study." Acta mater.46・9. 3135-3143 (1998)
• [Publications] M.Sob, L.G.Wang & V.Vitek: "Ab initio calculation of the ideal tensile strength in copper and nickel aluminide" Metallic Materials. 36. 145 (1998)
• [Publications] M.Sob, L.G.Wang & V.Vitek: "The role of higher-symmetry phases in anisotropy of theoretical tensile strength of metals and intermetallics" Philos.Mag.B. 78. 653 (1998)
• [Publications] C.S.Jayanthi, M.Tang, S.Y.Wu, J.A.Cocks & S.Yip: "Insights on Deformation Mechanisms from Atomistic Modeling of Structural Instability in Solids" Computer-Aided Design of High Temperature Materials. (1998)
• [Publications] 長谷部忠司,今井田豊,中元均: "FCC金属の衝撃圧縮挙動に及ぼすねじり予ひずみの影響" 材料. 47・1. 26-32 (1998)
• [Publications] T.Hasebe, S.Kumai & Y.Imaida: "Impact Compression Behavior of FCC Metals with Pre-Torsion Strain" J.Maters.Process.Technol.85. 184-187 (1999)
• [Publications] 齋藤・稲葉・駒谷: "界面近傍の原子移動と原子応力の表示方法" 日本機械学会第75期通常総会講演会講演論文集. 98・1. 219-220 (1998)
• [Publications] Saitoh, K.& kitagawa, H.: "Atomic Migration and Dynamic Rearrangement near Al Grain Boundary" Mesoscopic Dynamics of Fracture, Advances in Materials Research. 1. 132-142 (1998)
• [Publications] 中谷敬子,杉山吉彦: "非晶質金属における応力誘起構造変化の分子動力学シミュレーション(Molecular dynamics simulation on structural changing caused by tyhe stress in amorphous metal)" 日本機械学会第48回理論応用力学講演会講演論文集. 175-176 (1999)
• [Publications] Keiko Nakatani, Akihiro Nakatani & Hiroshi kitagawa: "Molecular Dynamics Study on Fracture Mechanism of Fe-Amorphous Metal(J Integral near Mode I Crack Tip in Amorphous Metal)" Mesoscopic Dynamics of Fracture, Advances in Materials Research. 88-98 (1998)
• [Publications] Hiroshi KITAGAWA: "Mesoscopic Dynamics of Fracture, Computational Materials Design" H.Kitagawa, T.Aihara Jr & Y.Kawazoe, 2-11 (1998)