2019 Fiscal Year Annual Research Report
A unified understanding of mechanical properties of solids from the viewpoint of universal statistical properties related to collective motion of defects
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17K06049
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
下川 智嗣 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40361977)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新山 友暁 金沢大学, 機械工学系, 助教 (00583858)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 力学特性 / 間欠塑性 / 集団運動 / 格子欠陥 / 分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，構造用材料の更なる高信頼性化に向けて，未解決問題である「変形素過程の協働的・連鎖的な集団運動と機械的性質の関係の解明」に挑んだ研究である．これまでのボトルネックであった集団運動の定量化は，固体塑性の集団運動を反映する固体材料に内在する普遍的な統計的性質に着目した．本研究では，分子動力学計算を用いて，(1)様々な構造や組織（合金，多結晶，非晶質）の固体材料に対する統計的性質の探求を行い，(2)その統計的性質を特徴付けるパラメーターと強度と延性の機械的性質の関係の系統的な調査を行い，(3)集団運動と機械的性質の関係の統一的理解を行った．
まず2017年度は，原子半径の異なる2種類の原子を適当な割合で混ぜ込み，なおかつ，異種原子間の結合エネルギーを変更することで，結晶モデル、非晶質モデル、結晶・非晶質混在モデルを作成した．次に2018年度は，各モデルに全方向周期境界条件を適用し引張変形解析することで，応力ひずみ曲線が得られ，ここから機械的性質の流動応力を求め，そして応力降下量の確率密度を取ることで各モデルの統計的性質（「べき指数a」と最大イベントサイズに関連する「カットオフサイズ」）を評価した．最終年度の2019年度は，別の機械的性質である延性特性を評価するために，自由表面を有するナノサイズの試験片を作成し，引張変形解析を実施し，局所くびれの変化率を求めた．得られた結果に対して，機械的性質と統計的性質の関係を調査した．結果として，ナノ試験片の延性特性とべき指数aは負の相関関係を示し，流動応力とカットオフサイズは正の相関を示すことを確認した．つまり，べき指数aには加工硬化特性に関連する情報が含まれている可能性があり，また，カットオフサイズには材料の強度に関連する情報が含まれている可能性があることを見出した．
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