2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the diversity of nonequilibrium critical behaviors in crystalline plasticity
| Project/Area Number |
16K17764
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa University |
|---|
Principal Investigator |
新山 友暁 金沢大学, 機械工学系, 助教 (00583858)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 自己組織化臨界 / 塑性変形 / 結晶 / アモルファス固体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
規則構造を持つ固体材料である結晶の塑性過程において観測される、べき乗則にしたがう臨界的的な塑性変形挙動の普遍性に対して、格子構造をはじめとする材料の個別的な性質が及ぼす影響を明らかにするために、前年度から行なっているアモルファス固体塑性の数値計算結果をもとに対象とする材料種・変形条件・注目する物理量などを選定し、分子動力学シミュレーションを実行した。
異なる格子構造・原子間相互作用をもつ結晶として、fcc, bcc, hcp 構造をとる典型的な金属である Al (および Ni), Fe, Mg を対象とし、 低温・低ひずみ速度下での単純せん断変形を加えるシミュレーションを実行した。この結果は予想された通りに間欠的な塑性挙動を示し、せん断応力およびポテンシャルエネルギーにおいて、ともにべき乗則にしたがう臨界的な統計性が再現できた。
この臨界的な塑性挙動を特徴づけるために、ポテンシャルエネルギーを基準として塑性イベントが発生した時間領域を特定し、個別のイベントで変形した領域（滑り領域）の面積（に比例する量）を抽出した。この一連の数値計算を、粒子数約 25000 から 400000 個の範囲で実行し、えられた平均滑り領域面積とシステムサイズの関係をもとにして、スケーリングの指数を求めた。えられた指数は先行研究の値に整合するものであったが、その範囲内で材料種によって異なる値をとった。注目するべき点として、異なる格子構造をとる材料種だけでなく、同じ fcc 構造をとる Al および Ni の間においても指数は一致しなかった。この差異の要因として、両種での積層欠陥エネルギーが滑りの自由度に及ぼす影響が挙げられる。このことから、格子構造のような空間の対称性を規定する要素だけでなく、原子間相互作用の詳細も塑性現象の臨界的性質に影響を及ぼしうることが明らかになった。
|
