サブナノ粒子の非晶質及び結晶中での動的・熱的挙動と力学特性への影響の計算機実験

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560598
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 相原 智康 群馬大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00231100)
• Keywords: ナノマテリアル / ナノ結晶 / 非晶質 / 高速変形 / 分子動力学法 / サブナノ / 力学特性 / 塑性変形

Research Abstract

ナノ結晶を分散させたレナード-ジョンズ系非晶質固体ならびに非晶質単相固体の力学的挙動に関する分子動力学シミュレーションを行った。
一軸引張ならびにせん応力による非晶質Ar固体の高速塑性変形挙動において、ひずみと時間との間に比例関係が認められ、ひずみ速度の温度依存性については修正アレニウスの式に従う事が明らかとなった。引張とせん断変形の活性化エネルギーの値はほぼ同値であり、両塑性変形が、ひずみ量が十分大きい領域においては、粘性流動という同じ変形機構であることを示唆している。
一軸引張応力によるレナード-ジョンズ系ナノ結晶分散非晶質固体の弾性変形挙動において、a-Ar-Xeのヤング率はfccXeナノ完全結晶を分散することにより向上する。ヤング率と体積弾性率から計算されるそれぞれのせん断弾性係数を比較すると、線形混合則が成り立つ。
ナノサイズのビッカースの庄子形状の凸物体(以下、圧子)とコーティング層を有する平面物体との、一定圧縮応力下での衝突挙動において、以下の結果を得た。(1)同じ原子間相互作用であっても非晶質固体のヤング率は結晶のおよそ60〜70%程度である。(2)コーティング層の硬さと厚みによる効果は、コーティング層へのダメージを考えるならば、原子間相互作用が大きくコーティング層が厚い方がよい。(3)平衡原子間距離による効果は、コーティング層における値が基材のそれに近い方が、ダメージは少ない。(4)非晶質固体のコーティング層は自らが粘性流動的な変形をすることで、基材へのダメージを軽減させる。

Research Products

• [Publications] 松原和弘: "アモルファス固体の塑性変形挙動と弾性定数に関する分子動力学的研究"日本機会学会2003年度年次大会講演論文集. No.03-1 Vol.VI. 45-46 (2003)
• [Publications] 相原智康: "コーティング層のナノレベルでの変形挙動に関する分子動力学的研究"日本機会学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 519-520 (2003)