2008 Fiscal Year Annual Research Report
凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合したマルチスケール計算破壊力学の確立
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19360044
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中谷 彰宏 Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (50252606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土井 祐介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10403172)
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| Keywords | ナノ多結晶体 / 計算力学 / 転位 / 分子動力学法 / 非線形局在モード / 水素拡散 / き裂進展 / 破壊力学 |
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| Research Abstract |
本研究課題は、超微小材料そのもの破壊から、超微小材料を構成要素とするマクロ構造やナノ構造材料のマクロ試料の破壊までをシームレスに取り扱う凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合した新しいマルチスケール計算破壊力学理論の構築とその実証を目的としている。本年度は、まず、Alナノ多結晶体中のき裂進展問題に対する分子動力学シミュレーションを実施し、モードI,II型混合モードでのき裂近傍の変形機構を考察した。解析は仮想的にき裂先端を移動させて、小規模降伏の仮定の下で、線形弾性解に基づく変位境界条件で行った。き裂進展と鈍化によるき裂先端形状の変化と、き裂先端近傍に形成されるFPZ内の原子配置データから共通隣接解析により格子欠陥の構造を調べ、欠陥構造の時間発展と力学パラメーターの関係を記述する基礎となるデータを求めた。加えて次の検討を行った。(1)アルミニウムと銅のナノワイヤーのねじり破壊の分子動力学解析を実施し、ひずみ速度の違いによってあらわれる変形の局所化を論じた。(2)ポテンシャルこう配場での水素原子の拡散過程にっいて調べ、拡散理論を組み立てた。(3)Equation Free法によるマルチスケール変形体力学解析のための定式化を行い、解析例を示した。(4)フェーズフィールド法による変形解析のための定式化と解析を行った。具体的には、弾性膜体のトポロジー変化・弾性体と流体の混合体モデル・転位運動の定式化と解析を行った。また、き裂成長モデルにっいての定式化を行い、凝着域モデルとの対応について考察した。(5)非線形局在モードによるエネルギーの局所的な貯蔵と破壊に伴う解放について考察した。以上の結果を踏まえて、ミクロ構造の時間発展からマクロ試料の破壊特性を予測できる凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合した計算破壊力学の方法論を定式化し、単純化したモデルを用いて方法の妥当性の検証を行った。
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