2021 Fiscal Year Annual Research Report
材料組織制御のためのデータ同化援用マルチスケール加工熱処理モデルの開発
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20K22393
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
三好 英輔 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70880962)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 材料微視組織 / 再結晶 / 粒成長 / 粒界 / フェーズフィールド法 / 分子動力学 / データ同化 / HPC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再結晶・粒成長に伴う材料組織変化の高精度予測・制御のためには，数値計算の活用が必須である．しかし，従来の数値手法には「物性値」「再結晶核生成」「計算規模」の不備不足の課題があり，実組織予測への適用は停滞している．本研究は，フェーズフィールド（PF）法に基づく再結晶モデルと，分子動力学（MD）による原子計算とをデータ科学・高性能計算により融合し，両手法の長所を相補活用した新しい物理冶金学モデルを開発することで，上記課題を解消し材料開発の加速を目指すものである．本年度は，系統的な大規模PF計算による異常粒成長挙動の評価，データ同化による物性評価法の高精度化およびMDデータへの適用を行った．
大規模PF計算の研究では，再結晶核形成の主要メカニズムである異常粒成長に着目し，系統的な並列GPUシミュレーションによる異常粒成長発生条件の正確な同定を試みた．具体的には，特定の結晶粒とその他の均質なマトリクス粒群からなるモデルシステムを対象に，特定粒－マトリクス間の粒径比，粒界エネルギー比，易動度比を60通り以上に変化させ，特定粒の異常成長挙動を評価した．その結果，異常成長の発生の有無および異常成長した粒の最終到達サイズは，粒径比，粒界エネルギー比，易動度比の関数として記述でき，Humphreysの平均場理論とよく一致することが初めて明らかとなった．
物性評価の研究では，前年度に開発したPF法とデータ同化による粒界物性推定法のパラメータチューニングを精密に行い，推定のさらなる高精度を達成した．また，粒界物性の強い不均一性や結晶方位の回転を考慮したrealisticな系を対象に数値実験を実施し，同手法の妥当性を詳細に示した．さらに，大規模MD計算より得た純Alの粒成長観測データに同手法を適用し，実際の粒界エネルギーや易動度の推定を行い，文献値と整合する結果が得られることを確認した．
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