相変態過程の微視的解析とそれに基づくメゾおよびマクロな相変態モデルの構築

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750072
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 上原 拓也 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (50311741)
• Keywords: 相変態 / 変態・熱・力学 / 分子動力学 / フェーズフィールド法 / 結晶成長 / デンドライト / 形状記憶効果

Research Abstract

相変態過程の微視的解析として,分子動力学法によるシミュレーションを行い,またマクロなモデルへの中間的なメゾスケールのモデルとして,フェーズフィールドモデルによる解析を行った.具体的には以下に挙げるような解析を行った.
1.結晶成長過程の微視的解析 結晶成長過程における固液界面の形状の変化や,結晶成長方向の異方性などに関する分子動力学シミュレーションを行い,それらの異方性の出現機構について,結晶構造をとる原子配列に基づいて考察した.また,結晶核の生成・成長過程についても考察し,結晶核が形成される過程における微小な原子の集合形態の変化をボロノイ多面体解析などから明らかにした.
2.結晶成長過程のフェーズフィールドシミュレーション 1における考察に基づき,結晶成長過程をフェーズフィールド法によって解析した.この手法では,界面の物性や成長方向の異方性を考慮することによって,デンドライト形状のシミュレートが可能である反面,数理モデルとしての意味合いが強いが,1で行った分子動力学シミュレーションに基づく異方性をパラメータ化して導入することによって,デンドライトというメゾスケールの現象をシミュレートすることができた.
3.固相変態の分子動力学シミュレーション 結晶成長だけでなく,固相変態をも包括した解析を行うため,Ni-Al合金をモデルとした分子動力学シミュレーションを行った.これによって,せん断応力による変形と加熱による回復現象を連続的にシミュレートすることに成功し,いわゆる形状記憶効果の現れる過程を原子レベルから考察した.
次年度においては,これらのミクロおよびメゾスケールの解析を進めるとともに,マクロに観察・観測される現象・物性との対応について考察し,より広範囲に適用できる相変態モデルの構築を図る.

Research Products

• [Publications] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Simulations of Nucleation and Crystallization Process in Multi-Layer Thin Films"Abstract book of 20th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. 176 (2000)
• [Publications] 上原拓也: "結晶成長過程における熱の流れの分子動力学シミュレーション"第21回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 345-347 (2000)
• [Publications] 河原正範: "フェーズフィールド法および分子動力学法による結晶成長シミュレーション"第8回メゾ材料シンポジウム講演要旨集. 67-68 (2000)
• [Publications] 河原正範: "結晶成長の分子動力学シミュレーションとそのフェーズフィールドモデルへの応用"日本機械学会平成12年度計算力学部門講演会講演論文集. 547-548 (2000)
• [Publications] 上原拓也: "温度変化に伴うNiAl系合金の固相変態過程における原子挙動の解析"日本材料学会第50期通常総会講演会講演論文集. (発表予定). (2001)
• [Publications] 上原拓也: "結晶方位による異方性を考慮したデンドライト成長過程のフェーズフィールドモデル解析"日本機械学会2001年年次大会講演論文集. (発表予定). (2001)