2021 Fiscal Year Annual Research Report
Interfacial properties out of equilibrium estimated based on data assimilation of atomistic and microstructural approaches
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19H02486
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大野 宗一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30431331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澁田 靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 界面エネルギー / フェーズフィールド法 / 分子動力学法 / データ同化 / 凝固組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属材料における界面エネルギーや界面移動度といった界面物性は、組織の形成過程を支配する重要な因子である。非平衡現象である組織形成を議論・予測するためには、本来、非平衡状態における界面物性が必要であるが、非平衡状態の界面物性値を算出する手法は未だに開発されていない。そこで本研究は、原子シミュレーションと組織形成シミュレーション、そしてデータ同化の最先端技術を新たな枠組みで組み合わせることで 、凝固組織形成における非平衡の界面物性値を“on-the-fly”で算出する手法を世界で初めて構築することを試みた。
Fe、Al、Niのそれぞれを対象に、過冷液相中の固相成長を分子動力学法(MD)によりシミュレートした。その組織変化を観測データとしてアンサンブル・カルマンフィルタと粒子フィルタを用い、固液界面物性を推定した。その際、シミュレーション法としてフェーズフィールド法を用いた。その結果、界面移動度とその異方性パラメータ、固液界面エネルギーとその異方性パラメータが同時に推定可能となった。単一のMDシミュレーションからすべての固液界面物性値を推定する世界初の方法を構築することに成功した。特に、本手法を用いると組織の解析に必要な非平衡状態（過冷状態）の界面物性値を推定可能であり、Fe、Niのいずれの場合においても、融点近傍で固液界面エネルギーは負の温度依存性を示すことが明らかになった。また、異方性パラメータにも温度依存性が生じることが本研究で初めて明らかになり、今後の組織形成シミュレーションの高度化と高精度化につながる貴重な成果を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
