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ナノ結晶分散金属ガラスの破壊挙動の分子動力学解析とそれに基づく高延性化指針の検討

Research Project

Project/Area Number 18029017
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松本 龍介  Kyoto University, 工学研究科, 助教 (80363414)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2006: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Keywords機械材料・材料力学 / 構造・機能材料 / ナノ材料 / 金属物性 / 分子動力学 / 破壊 / せん断帯 / 延性
Research Abstract

金属ガラスは極めて高い降伏応力や特殊な機能特性を有するものの,マクロな延性が乏しいという欠点を有する.常温での金属ガラスの変形と破壊はせん断帯の生成と伝ぱによって支配されているため,その詳細を解明して対策を考えることが必要である.ここでは,まず,切欠きを含む平板にモードIIの変形を加えることで,切欠き底からせん断帯を伝ぱさせる大規模な分子動力学シミュレーションを実施し,せん断帯内部の温度と応力の時間変化を詳細に評価した.そして,分子動力学シミュレーションの結果に基づき,金属ガラス中のせん断帯を粘性流体を含むモードII型き裂としてモデル化することで,不安定伝ぱを生じる可能性のある限界せん断帯長さを計算した.そして,その結果から実験的に観察されているせん断帯の長さをうまく説明できることを示した.さらに,金属ガラスが示す圧縮下と引張下での延性の大きな違いを,それぞれの場合の限界せん断帯長さの違いから説明した.また,初年度に引き続き,ナノ結晶を含む材料中のせん断帯伝ぱ挙動に関する計算も実施し,せん断帯の伝ぱ抵抗をJ積分を用いて評価した.その結果,せん断帯の伝ぱ挙動を効率的に変化させるためには,せん断帯の幅に対して十分なサイズを有する結晶粒子が必要であることが明らかになった.本研究によって,金属ガラスの延性を向上させるためには,(1)限界せん断帯長さを長くすること,(2)せん断帯を捕捉する機構の導入が重要であることがわかった.(1)を達成するためには,不均質性によって低い応力レベルからせん断帯を生成させることが有効であり,(2)を達成するためには,適切なサイズの軟質介在物の導入が特に有効であると考えられる.

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The Critical Length of Shear Bands in Metallic Glass2008

    • Author(s)
      Ryosuke Matsumoto, Noriyuki Miyazaki
    • Journal Title

      Scripta Materialia (In press)

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ハイブリッドポテンシャル法を用いた鉄単結晶中のき裂進展挙動解析2007

    • Author(s)
      久保田義大, 松本龍介, 宮崎則幸
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編 (未定)(掲載決定)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Mechanical Properties of Amorphous Metal with Dispersed Nanocrystalline Particles (Molecular Dynamics Study on Crystal Volume Fraction and Size2006

    • Author(s)
      R.Matsumoto, M.Nakagaki
    • Journal Title

      JSME International Journal, Series A Vol.49, No.4

      Pages: 513-521

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] ナノ結晶分散アモルファスの力学特性(粒子寸法効果発現についての分子動力学解析)2006

    • Author(s)
      松本龍介, 中垣通彦
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編 72-716

      Pages: 361-368

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Size and volume-fraction effects of dispersed nano-crystalline particles on the elastic constants and flow stress of metallic glass2006

    • Author(s)
      R.Matsumoto, M.Nakagaki
    • Journal Title

      Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 14

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] ナノ結晶分散アモルファス金属の力学特性(分子動力学法を用いた結晶粒子配置の影響と最大強度に関する検討)2006

    • Author(s)
      松本龍介, 宮崎則幸
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編 72-724

      Pages: 2000-2007

    • NAID

      110006153374

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 準3次元条件下でのECAPによるα鉄における結晶粒微細化過程の分子動力学解析2006

    • Author(s)
      松本龍介, 林田登志男, 中垣通彦
    • Journal Title

      材料 Jul-55

      Pages: 693-699

    • NAID

      110006570985

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Dynamics Study of Shear Banding in Metallic Glass Containing Nano-Crystalline Particles2007

    • Author(s)
      Naoki Matsumoto, Ryosuke Matsumoto. Noriyuki Miyazaki
    • Organizer
      Third Asia-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM'07)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center
    • Year and Date
      2007-12-05
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] J積分を用いたナノ結晶分散金属ガラス中のせん断帯伝ぱ抵抗の評価2007

    • Author(s)
      松本直樹, 松本龍介, 宮崎則幸
    • Organizer
      日本機械学会(第20回計算力学講演会)
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2007-11-27
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属ガラス中のせん断帯の伝ぱ抵抗に及ぼすナノ結晶粒子の影響に関する分子動力学解析2007

    • Author(s)
      松本龍介, 松本直樹, 宮崎則幸
    • Organizer
      日本金属学会(平成19年度秋期大会)
    • Place of Presentation
      岐阜大学
    • Year and Date
      2007-09-19
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://solid.me.kyoto-u.ac.jp

    • Related Report
      2007 Annual Research Report

URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2018-03-28  

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