2015 Fiscal Year Annual Research Report
原子シミュレーションによる金属の変形素過程の定量的評価手法の確立
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26820008
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
浦長瀬 正幸 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (00512766)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 転位 / 原子シミュレーション / マグネシウム / 粒界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では金属結晶中における変形素過程の原子シミュレーションによる定量的な評価を実施した。平成２６年度はメタダイナミクス法を適用することで結晶中の転位生成の活性化自由エネルギーを評価する手法を開発し、温度や応力依存性の系統的な評価を実施した。しかしここで評価していたのは均一核生成による転位生成の活性化自由エネルギーであり、現実の転位生成でみられる不均一な核を起点とする転位生成についての検討が課題として残されていた。
そこで最終年度である平成２７年度では、自由表面や粒界といった面欠陥を起点とする金属の変形について検討を実施した。面欠陥の影響はナノピラーやナノ多結晶体のように結晶中に前もって存在する転位が枯渇する状況で大きくなるため、近年その理解に対する重要性が増してきている。
自由表面を起点とする変形については楕円柱型結晶の引張試験の分子動力学シミュレーションを実施し、形状の違いが降伏応力に与える影響は小さいものの、転位生成箇所が形状により異なることが見出された。またメタダイナミクス法により転位生成の活性化自由エネルギーを評価すると引張試験で転位が生成した箇所での活性化自由エネルギーが実際に低くなっていることが分かった。
粒界を起点とする変形についてはマグネシウム双結晶の圧縮・引張試験の分子動力学シミュレーションを実施し、降伏応力や変形モードの結晶方位差依存性が粒界エネルギーと関係していることを見出した。この現象のメタダイナミクス法を含むより詳細な解析は今後の研究の展開として考えられる。
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