2019 Fiscal Year Annual Research Report
Computational study on size dependent fatigue of materials
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17K18827
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
尾方 成信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 明男 (シャードンバオ) 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80773340)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 疲労 / ナノワイヤ / 分子動力学解析 / 格子欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最先端の計算材料力学および計算材料科学的手法を用いて疲労シミュレーションを実施し、疲労現象のサイズ依存性、すなわちこれまでに十分に理解されていないナノ材料中での疲労メカニズムの解明とその予測を実験に先駆けて行うことが本研究の目的である。昨年度はナノワイヤ材料の原子モデルを構築し、これに対して、分子動力学解析を用いて繰り返し荷重を負荷し、その際の内部の欠陥場の発展状況をつぶさにとらえた。今年度はその観察結果をもとに、疲労寿命を予測するための理論構築とその検証を実施した。昨年度のナノワイヤの分子動力学計算の観察結果をつぶさに検証すると、ある程度以上の振幅を有する繰り返し負荷荷重では、新たな欠陥が導入されるまでの時間がそのまま疲労寿命となることがわかった。そこでこの知見をもとにすることで、繰り返し荷重下での欠陥の導入確率を反応速度論に基づいて予測する確率理論モデルを新たに構築することに成功し、ナノワイヤの疲労寿命を、荷重振幅、荷重負荷振動数、温度の関数とし予測することを可能とした。この理論の有効性を検証するために、実際の分子動力学疲労解析を荷重振幅、荷重負荷振動数、温度を変えて実施したところ、得られた破壊までの疲労寿命の解析結果と、理論から予測された疲労寿命とが大変良い一致を示すことがわかった。これらのことを総合して、本研究全体を通じて、ナノ材料の疲労メカニズムの原子論的詳細が解明され、疲労寿命の予測が可能となったと言える。
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