2017 Fiscal Year Annual Research Report
超大規模分子動力学法解析に立脚した合金組織形成過程の俯瞰的理解と高精度制御
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16H04490
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
澁田 靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 宗一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30431331)
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (50294260)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 金属物性 / 大規模分子動力学 / 凝固 / 粒成長 / 核生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，合金組織のさらなる高精度制御に向けて，核生成・凝固，粒成長過程の複合的ダイナミクスを系統的に解析し，合金組織形成過程の支配因子を原子スケールの動力学解析により解明することを目的としている．
平成29年度はその前年度に開発したマルチGPU大規模計算コードを用い，約1億原子系からなる純鉄過冷融液からの核生成・凝固後およびその後の粒成長過程を長時間にわたる大規模分子動力学法シミュレーションを実行し，粒成長ダイナミクスについて解析を行った．具体的に粒成長指数が理想粒成長の値からずれる原因を解明すべく，幾何学因子，実効粒界モビリティ(reduced mobility，intrinsic mobilityと粒界エネルギーの積)を分子動力学法シミュレーションの座標軌跡のみから独立に抽出しその時間変化を詳細に検討した．幾何学因子は時間変化しない一方，実効粒界モビリティは時間経過につれ現象することが確認された．粒成長とともに粒界エネルギーが大きい粒界が優先的に消滅することが原因と突き止めた．これらの知見をまとめ，現在査読付き英文雑誌に論文を投稿した(現在査読中)．またこれらの知見を合金系へと拡張すべく，Ni-Al合金過冷融液からの核生成過程の分子動力学法シミュレーションを行った．Ni-50at%AlからはB2構造を有するbcc核が発生する一方，Ni-25at%Alからはbcc及びfcc核が混在することを見出し，組成により核生成の描像が大きくことなることを見出した．
さらに大規模分子動力学法シミュレーションで得られた組織構造を格子情報にマッピングしフェーズフィールドシミュレーションを行うスキームを開発し，この内容を査読付き英文雑誌に論文を投稿した(現在査読中)．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り，純物質および二元合金系における核生成・凝固計算を行い，純物質大規模計算で得られた知見を論文投稿するに至るなど，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に実施した合金系の大規模計算を引き続き行い，得られた知見をまとめて論文投稿する予定である．研究実績の概要最後に述べた，大規模分子動力学とフェーズフィールドシミュレーションのマッピング技術を活用して，核生成から凝固，粒成長に至る一連の過程について，原子レベルとメソスケール手法のシミュレーションをシームレスにつなぎ，新しいマルチスケール解析の概念を提案する予定である．
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