2013 Fiscal Year Annual Research Report
フェーズフィールドモデルによるミクロ・マクロ連成力学解析手法の構築
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23560079
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
上原 拓也 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (50311741)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 達雄 埼玉工業大学, 付置研究所, 教授 (10025950)
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| Keywords | フェーズフィールドモデル / 数値解析 / 相変態 / 微視組織 / 力学特性 / 分子動力学 |
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| Research Abstract |
本研究では，材料のマクロな力学特性とミクロな微視組織の関係を考慮した数値解析を行うため，フェーズフィールドモデルに基づく解析手法の構築を目的とした研究を行った．マルチフェーズフィールドモデルをベースとして，各相の力学特性を考慮することによって，微視組織の形状や形態がマクロな力学特性に与える影響を求めることが可能なモデルを構築した．多結晶組織形成過程では，サイズの異なる結晶粒が生じる場合や比較的均一な粒径が得られる場合があるが，様々な組織形態が再現できるように，得られる粒径が制御可能な計算パラメータの導入を行った．現象論的ではあるが，これによって，目的とする微視組織を作成することができ，この材料のもつ巨視的特性を再現することを可能とした．また，様々な方向性をもつ微視組織を想定し，系統的な解析を行うことによって得られるマクロな力学特性の妥当性を評価した．とくに共晶／共析相によく見られるラメラ構造をもつ材料に対して，相変態によって生じる体積変化や弾性率の相違がラメラ構造の形成に影響し，それに応じて形成中に生じる応力分布も大きく影響を受けることを示した．フェーズフィールドモデルに不可欠な核生成条件についても，系統的な解析を進め，微視組織形成とマクロ特性の関係を明らかにした．さらに，界面特性の影響については，原子スケールでの解析を行い，ラメラ構造と同様なナノスケールでの積層構造をもつモデルを用い，負荷方向との力学特性の関係を明らかにした．このモデルは，界面における結晶面の接触状態の解析にも派生し，ユニークな解析モデルとなっている．また，変態塑性現象の導入にも着手した．この現象については現象論的にはよく知られているが，メカニズムは未解明であり，原子スケールでの解析も行うことによって，より物理的なモデルに基づいた定式化を試み，フェーズフィールドモデルへの導入の基礎的知見を得た．
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