2012 Fiscal Year Annual Research Report
原子論に基づく材料の有限温度長時間変形の理論体系の創出
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23246025
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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) |
君塚 肇 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 塑性変形 / 原子論 / 有限温度 / 長時間 / クリープ / 転位 / ナノ材料 / 金属アモルファス材料 |
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| Research Abstract |
（１）クリープ変形理論および塑性変形理論の材料スケール依存性への理論展開―これまでに実施してきた、結晶粒のサイズを数十ナノまで段階的に変化させながらの原子レベルのクリープ変形解析、塑性変形解析結果に基づいて、これまでに構築してきた原子レベルの有限温度でのクリープ変形理論および塑性変形理論変形理論に対して結晶粒のサイズ依存性の因子を導入して、理論の材料スケール依存性に対する展開を行った。
（２）塑性変形理論とクリープ変形理論とを融合させた有限温度・長時間変形理論体系の構築―有限温度での長時間変形は、原子変位による塑性変形と、原子拡散によるクリープ変形との組み合わせによって生じていることを明らかにし、大規模多結晶モデルを用いた原子レベル解析を用いて、これらの変形がどう関連しているのかを明らかにした。具体的には、温度上昇に対する塑性変形とクリープ変形との割合の変化、粒径と強度の関係、応力とひずみ速度の関係に焦点をあて解析を実行した。そして、従来から提案されている通常結晶粒サイズの材料に対する応力と温度に関する変形マップに、結晶粒サイズのパラメーターを追加した。
（３）ナノ合金材料の力学的性質のサイズ依存性に関する研究―Ni3Al合金ナノワイヤーの引張り試験を分子動力学法を用いて実施し、その非線形弾性特性と変形メカニズムのサイズ依存性を明確にした。これまでは主としてバルク材料に主眼を置いてきたが、この解析により孤立したナノ構造に対するサイズ依存性を議論するための基礎的知見を得ることができた。
（４）アモルファス金属の過冷却状態における変形―分子動力学法を用いて、アモルファス金属の過冷却状態における粘性係数の温度依存性を評価することにより、その長時間にわたる変形メカニズムを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた、（１）クリープ変形理論および塑性変形理論の材料スケール依存性への理論展開、（２）塑性変形理論とクリープ変形理論とを融合させた有限温度・長時間変形理論体系の構築、に加えて、（３）ナノ合金材料の力学的性質のサイズ依存性に関する研究、（４）アモルファス金属の過冷却状態における変形、についても研究を実施することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）エントロピー効果の明確化とその導入による変形理論の高精度化
これまで、結晶粒のサイズを数十ナノまで段階的に変化させながらの原子レベルのクリープ変形解析、塑性変形解析結果に基づいて、原子レベルの有限温度でのクリープ変形理論および塑性変形理論変形理論に対して結晶粒のサイズ依存性の因子を導入し、理論の材料スケール依存性に対する展開を行ってきた。その過程でクリープ変形のエントロピー効果が重要であることが判明したので、次年度以降はこの点について追加の検討を行い、クリープ変形理論へエントロピー効果を導入し理論の高精度化をはかる。
（２）原子拡散と塑性変形の原子レベルでの解明とそれに基づく変形理論の高精度化
これまでの研究で、クリープ変形は多分に原子拡散がその支配因子となっていることが判明しているが、原子拡散現象の詳細とその外部応力による影響、転位などの結晶欠陥との相互作用については原子レベルから十分に明らかになっていない。そこで、具体的には、結晶粒内では転位と空孔もしくは不純物の相互作用、粒界においては、粒界での自由体積の拡散や粒界移動について明らかにし、モデル化したものを変形理論に導入することにより、変形理論体系の高精度化をはかる。
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