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境界と界面移動を伴う溶融・凝固の巨視的・微視的力学の構築と溶接・接合への応用

研究課題

研究課題/領域番号 10305011
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関京都大学

研究代表者

井上 達雄  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10025950)

研究分担者 上原 拓也  京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (50311741)
今谷 勝次  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (70191898)
星出 敏彦  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (80135623)
望月 正人  大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (10304015)
堤 三佳  京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (70293925)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
39,600千円 (直接経費: 39,600千円)
2000年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
1999年度: 9,000千円 (直接経費: 9,000千円)
1998年度: 27,400千円 (直接経費: 27,400千円)
キーワード相変態 / 変態・熱・力学 / 分子動力学 / 熱影響部 / 結晶塑性 / 有限要素法 / フェーズフィールド法 / 境界・界面移動 / 溶融・凝固 / 微視的・巨視的力学 / 溶接 / 接合 / 構成式 / シミュレーション
研究概要

溶接や接合に代表されるような,境界と界面の移動を伴う溶融・凝固過程の理論的解明と熱・力学理論の構築を目的として,原子レベルでの分子動力学解析,巨視的レベルでの有限要素解析,およびそれらの中間的スケールでのフェーズフィールドモデル,結晶塑性理論などを用いた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察する体系を整えることができた.具体的には以下のような解析を行った.
(1)分子動力学法による微視的解析 固液界面における原子の動きを解析し,固液界面の安定性,結晶方位による界面エネルギーの相違などを求めた.また,結晶成長過程について,その成長方位と界面エネルギーの関係について考察し,優先的に成長する方位を明らかにした.
(2)溶接熱影響部の力学的特性 溶接部・熱影響部・母材の変形挙動について,Mo.9Cr-1Mo鋼の溶接材を用いて微視的な領域の変形をマイクログリッド法によって測定し,硬さ・組織変化とひずみの相関関係を検討した.その結果,硬さとひずみの間には明確な関係が認められた.
(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析 分子動力学解析によって求められた物性値および異方性を考慮したパラメータを導入してフェーズフィールドモデルによる結晶成長過程の解析を行い,異方性や変態潜熱の組み合わせによって,実験で観察されるようなデンドライト形状が現れることを明らかにした.また,それによって,デンドライトの成長過程を動的に再現することができ,定常成長に至るまでの初期現象など,実験的には測定が困難な現象について考察した.
(4)結晶塑性理論に基づく有限要素解析 溶接熱影響部での変形挙動を解析するため,結晶塑性理論に基づく有限要素解析を行い,結晶粒のサイズや異方性を導入したモデルを用いることによって,実験結果と一致する結果を得た.これによって,(2)で得られた相関関係を理論的に裏付けることができた.

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Approach to Thermo-Mechanical Behavior of a Thin-Film Surface during Melting and Solidification"Proceedings of the 8^<th> International Conference on Mechanical Behavior of Materials. Vol.II.5. 712-717 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Simulation of Melting and Solidification Processes in Thin Film"Proceedings of the 11^<th> Symposium on Phase Change Optical Information Storage (PCOS'99). 6-11 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 水原弾: "Mod.9Cr-1Mo鋼溶接継手の熱影響部近傍における不均一変形と力学的特性"第49期日本材料学会学術講演会講演論文集. 111-112 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 上原拓也: "結晶成長過程における熱の流れの分子動力学シミュレーション"第21回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 345-347 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 河原正範: "結晶成長の分子動力学シミュレーションとそのフェーズフィールドモデルへの応用"日本機械学会平成12年度計算力学部門講演会講演論文集. 547-548 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shigeru Yamanaka: "Transformation Plasticity-The Effect an Metallo-Thermo-Mechanical Simulation of Carburized Quenching Process"Proceedings of 1st International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation. 185-195 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Approach to Thermo-Mechanical Behavior of a Thin-Film Surface during Melting and Solidification"Proc. of the 8^<th> International Conference on Mechanical Behavior of Materials. Vol.II.5. 712-717 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Simulation of Melting and Solidification Processes in Thin Film"Proc. of the 11^<th> Symposium on Phase Change Optical Information Storage (PCOS'99). 6-11 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tadashi Mizuhara: "Non-uniform Deformation and Mechanical Property around the Heat Affected Zone of Welded Joint of Mod.9Cr-1Mo Steel (in Japanese)"Proc. of the 49th Annual Meeting of the Society of Materials Sciences, Japan. 111-112 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "A Molecular Dynamics Simulation of Heat Flow during Crystal Growth (in Japanese)"Proc. of the 21st Japan Symposium on Thermophysical Properties. 345-347 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masanori Kawahara: "Molecular Dynamics Simulations of Crystal Growth and its Application to Phase-Field Models (in Japanese)"Proc. of the 13th Computational Mechanics Conference, JSME. 547-548 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shigeru Yamanaka: "Transformation Plasticity The Effect an Metallo-Thermo-Mechanical Simulation of Carburized Quenching Process"Proc. of 1st International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation. 185-195 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Simulations of Nucleation and Crystallization Processes in Multi-layer Thin Films"20th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. 176 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 上原拓也: "結晶成長過程における熱の流れの分子動力学シミュレーション"第21回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 345-347 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河原正範: "結晶成長の分子動力学シミュレーションとそのフェーズフィールドモデルへの応用"日本機械学会平成12年度計算力学部門講演会講演論文集. 547-548 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河原正範: "フェーズフィールド法および分子動力学法による結晶成長シミュレーション"第8回メゾ材料シンポジウム講演要旨集. 67-68 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Shigeru Yamanaka: "Transformation Plasticity - The Effect an Metallo-Thermo-Mechanical Simulation of Carburized Quenching Process"Proceedings of 1st International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation. 185-195 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 前田亮平: "溶接熱影響部の微視的変形と結晶塑性解析による検討"第50期日本材料学会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Approach to Thermo-Mechanical Behavior of a Thin-Film Surface during Melting and Solidification"Proceedings of the 8^<th> International Conference on Mechanical Behavior of Materials. Vol.II.5. 712-717 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 上原拓也: "多層薄膜における溶融・凝固過程の分子動力学的考察"1999年度年次大会講演論文集. 55-56 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Tatsuo Inoue: "Phase Transformation and Related Thermo-mechanical Behavior ……A Molecular Dynamics Approach"Proceedings of the 3^<rd> Mechanics and Materials Conference on Mechanics and Multi-Physics Processes in Solids. Vol.9. 341-349 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Takuya Uehara: "Molecular Dynamics Simulation of Melting and Solidification Processes in Thin Film"Proceedings of the 11^<th> Symposium on Phase Change Optical Information Strage (PCOS'99). 6-11 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 水原弾: "Mod. 9Cr-1Mo 鋼溶接接手の熱影響部近傍における不均一変形と力学的特性"第49期日本材料学会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 上原拓也: "相変態過程における変態潜熱と熱伝導の効果に関する分子動力学的考察"第49期日本材料学会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Shouji Imatani: "Finite Element Analysis of Stefan Problem Based on Integral Penelty Approch" Proceedings of 32nd Solid Mechanics Conference. 423-424 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Shouji Imatani: "Stress Analysisof Quenching Process Following Draw Forming" Proceedings of Euromech 385 Colloquium on Inelastic Analysisof Structures under Varying Loads. 161-163 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 上原 拓也: "薄膜の溶融・凝固過程における表面形状と微視構造変化の分子動力学シミュレーション" 日本機械学会論文集(A編). 64・626. 2448-2455 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Tatsuo Inoue: "Molecular Dynamics Simulation of Melting/Solidification and Induced Stresses" IUTAM Symp.on Variation of Domain and Free Boundary Problems in Solid Mechanics. 103-111 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Tatsuo Inoue: "Phase Transformation and Related Thermo-Mechanical Behavior ---A Molecular Dynamics Approach" Proc.3rd European Mechanics of Materials Conferenceon Mechannics and Multi-Physics. (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 上原 拓也: "分子動力学シミュレーションに基づく相変態の熱力学の微視的考察" 第76期日本機械学会全国大会講演論文集. 1. 219-220 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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