2015 Fiscal Year Annual Research Report
電子・原子論に基づく応力下における材料の経年腐食現象の予測モデリング
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25630013
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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)
譯田 真人 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00550203)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 加速分子動力学法 / 高速モンテカルロ法 / 酸化 / 析出 / フェーズフィールド法 / ナノワイヤー / 粒界 / 破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子原子論に基づく応力下における材料の腐食現象を解析するために、第一原理加速分子動力学法を開発し、電子状態計算に基づく長時間の反応ダイナミクス解析が可能となった。さらには、結晶内での原子サイト拡散を効率よく計算するための高速モンテカルロ法を開発し、長時間の原子レベルでの結晶中の析出現象の解析が可能となった。これらの手法を用いて、銅の酸化解析を実施し、銅結晶中の酸素原子の粒界への析出を原子レベルでモデル化し、そのモデルに力学負荷をかけてその応答を解析することで、腐食した銅の破壊メカニズムが温度やひずみ速度または負荷応力によって、拡散によるボイド形成から、転位の運動が引き金となって生じるき裂発生による破壊へと変形形態が変化することを明らかにした。また、銅や鉄のナノワイヤーにおいて表面酸化膜形成により変形形態がいかように変化するかを詳細に解析した。表面酸化層により転位の運動が抑制されることにより、一部もナノワイヤーでは酸化膜を有する方がより高い伸びを示すことがあることを明らかにした。さらには、マグネシウム中のアルミニウム、亜鉛、イットリウム元素の２次元積層欠陥部への偏析およびそこでの２次元秩序構造をシミュレートし、原子レベル直接観察結果ときわめて整合性の高い結果を得るとともに、その形成メカニズムを初めて明らかにすることに成功した。また、今後のメゾスケールへ向けて研究を展開するために、これらの電子原子レベルの知見を反映させることのできるフェーズフィールド法の理論および解析の枠組みを構築した。
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[Journal Article] From “smaller is stronger” to “size-independent strength plateau”: towards measuring the ideal strength of iron2015
Author(s)
Wei-Zhong Han, Ling Huang, Shigenobu Ogata, Hajime Kimizuka, Zhao-Chun Yang, Christopher Weinberger, Qing-Jie Li, Bo-Yu Liu, Xi-Xiang Zhang, Ju Li, Evan Ma, Zhi-Wei Shan
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 27
Pages: 3385-3390
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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