2019 Fiscal Year Annual Research Report
Nano-scale analysis and micro-scale formulation on crystal grain dynamics
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17K06042
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
上原 拓也 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50311741)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶粒界 / 分子動力学 / 変形挙動 / 塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，結晶粒界の挙動に着目し，ナノ－マイクロのギャップを埋める連成解析理論を構築することを目的とした研究を行った．分子動力学法によって粒界のダイナミックな挙動をシミュレートし，モデル化したその挙動をフェーズフィールド法をベースとする解析手法に組み込むことによって，ナノ－マイクロをつなぐ粒界ダイナミクス理論を構築することをめざした．
１～2年目には，傾角粒界と４重点をもつ4結晶粒モデルを作成し，外部負荷を加えたときの挙動を解析した．その結果，塑性変形の起点が結晶粒界にみられ，粒内に進展していく様子を明らかにした．また，モデル全体の応力ひずみ線図からは，この塑性変形の開始時に大きな応力緩和が生じ，この際にすべりが進展していることを示した．また，粒子モデルを用いた構造体の安定性解析を行い，圧縮負荷で局所的な構造が変化する解析を行った．この局所的な構造を多面体として捉えて考察する一方，フェーズフィールドモデルによる多面体解析を行い，ナノ－マイクロをつなぐ数理的な解析モデルの基礎を整えた．
最終年度には，ナノピラー型の圧縮試験片を用い，すべり挙動の発生と進展に焦点を絞った解析を行った．自由表面をもつ場合には表面から対となる表面まで貫通する様子が詳細に観察され，複数のすべりが交差する場合や，平行にすべり面が形成される様子を観察した．すべりの起点については，表面のほか，すべりの交差面上に生じることがあることを示した．また，フェーズフィールドモデルについては，多様な界面特性をもつ粒子系のモデル化を試みた．このモデルは，マルチスケールモデルに有効な粗視化した結晶モデルの作成に適用可能である．本研究では，フェーズフィールドモデルに適用可能なキーパラメータの抽出までにはいたらなかったものの，当初目的とした，マルチスケール手法の基礎的なモデリングと方法論を示すことができたといえる．
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