2018 Fiscal Year Research-status Report

粒子法と微視強度解析技術が切り拓くき裂発生ダイナミクスのフロンティア

Research Project

Project/Area Number	17K19083
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	野上修平東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	芹澤久大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (20294134) 安堂正己国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所核融合炉材料研究開発部, 主幹研究員(定常) (30370349)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	粒子法 / 微視強度解析 / き裂発生 / シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、微視強度計測技術による実験的アプローチと、き裂発生シミュレーションに適した粒子法を融合させることにより、き裂発生の予測とそのモデル化を目的としている。2018年度は、研究目標達成のため、基幹技術である微視強度解析技術によるき裂発生試験と粒子法によるき裂発生シミュレーションの手法構築に向けた取り組みを推進した。まず、微視強度解析技術によるき裂発生試験として、収束イオンビーム装置により試験部断面の一辺が1マイクロメートル、長さが10マイクロメートルの引張試験片を製作し、同じ収束イオンビーム装置内において引張試験を実施した。対象材料は、焼戻しマルテンサイト鋼とした。試験片は、焼戻しマルテンサイト組織に特徴的なパケット境界、ブロック境界、旧オーステナイト粒界などのき裂発生が想定されるサイトを試験部に含むように加工した。試験片加工ならびに試験ともに再現性良く実施可能なレベルにまで達し、応力-ひずみ関係の取得にも成功した。次に、粒子法によるき裂発生シミュレーションについては、DEM（Distinct Element Method）法を用いた計算について、粒子の質量、慣性モーメント、半径、結合パラメータとしての減衰係数、ばね係数、転がり摩擦係数、影響半径などとその組み合わせを調整し、き裂発生のシミュレーションの精度向上のための計算を実施した。DEM法による計算には汎用ソフトウェアであるLS-DYNAを使用した。その結果、単一素材のき裂発生シミュレーションについては概ね目処が得られたが、パケット境界、ブロック境界、旧オーステナイト粒界などの特徴的な界面を導入し、当該部でのき裂発生を模したシミュレーションには至らなかった。よって、次年度は、研究目標達成に向け、微視強度解析技術によるき裂発生試験を取り入れた粒子法によるき裂発生シミュレーションを実施する予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 粒子法によるき裂発生のシミュレーションは実例が非常に少なく、パケット境界、ブロック境界、旧オーステナイト粒界などの特徴的な界面を導入し、当外部でのき裂発生を実験結果に即した形で再現可能なシミュレーションには至らなかった。
Strategy for Future Research Activity	2019年度は、焼戻しマルテンサイト鋼を対象とした微視強度解析技術によるき裂発生試験を引き続き実施し、パケット境界、ブロック境界、旧オーステナイト粒界などのサイトにおけるき裂発生挙動を明らかにする。試験は同じ条件において複数実施し、再現性を評価の上、粒子法によるき裂発生シミュレーション計算に組み込むためのき裂発生に関わる物理定数を導出・決定する。これと並行して、2018年度の取り組みでは不十分であった粒子法によるき裂発生シミュレーションのモデルの適正化をさらに進める。パケット境界、ブロック境界、旧オーステナイト粒界などの特徴的な界面を導入し、当該部でのき裂発生を模したシミュレーションが達成された後には、それらき裂発生サイトとなり得る界面を複数導入した系を模したシミュレーション計算手法を構築し、複雑系におけるき裂発生の予測姓について検討する。さらには、これらを発展させ、き裂発生を支配する物理因子の抽出や、複雑系におけるき裂発生を予測可能な物理モデルの構築に向けた研究を進め、本研究をまとめる。
Causes of Carryover	研究期間後半において、微視強度解析技術によるき裂発生試験に使用する収束イオンビーム装置（量子科学技術研究開発機構に設置）に不具合が発生したため、当該実験のための消耗品費や、研究代表者が当該機関に出張するための旅費が一部不要となった。当該装置の修理は完了したため、繰越し予算は2019年度に同様の目的で使用する予定である。