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超大規模分子動力学法解析に立脚した合金組織形成過程の俯瞰的理解と高精度制御

研究課題

研究課題/領域番号 16H04490
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 金属物性・材料
研究機関東京大学

研究代表者

澁田 靖  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)

研究分担者 大野 宗一  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30431331)
高木 知弘  京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50294260)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2016年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード金属物性 / 大規模分子動力学 / 凝固 / 粒成長 / 核生成
研究成果の概要

本研究では合金組織のさらなる高精度制御に向けて,核生成・凝固,粒成長過程の複合的ダイナミクスを系統的に解析し,合金組織形成過程の支配因子を原子スケールの動力学解析により解明することを目的とし,具体的に10億原子分子動力学(MD)計算により均質核生成過程における不均質性など古典核生成理論の範囲を超えた核生成の原子論的描像を明らかにした.また結晶粒淘汰過程における幾何学因子,粒界モビリティ・粒界エネルギーの時間変化を解析し,理想粒成長の二乗則からのずれの原因を明らかにした.さらに合金系ポテンシャルの溶質分配特性を考察し,合金系大規模MD計算実現の足掛かりを作った.

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在,国内外における組織生成過程の計算研究のほとんどがフェーズフィールド法などの現象論的手法に留まっているのに対し,ミクロ力学に厳密に従う決定論的手法の立場から核生成・組織生成過程を解析し,均質核生成中における不均質性など古典理論では議論できなかった原子論的描像を明らかにした点など学術的意義が大きい.また国内外に先駆け,世界最大スケールの大規模計算に基づく独創的な研究に率先して取り組み,当該分野のイニシアティブを取り続けていることは,来るべきポスト「京」(次世代スパコン)時代に計算機支援による材料設計の実現に向けたロードモデルを確立するという大きな意義がある.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 9件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Estimation of Thermodynamic and Interfacial Parameters of Metallic Materials by Molecular Dynamics Simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Shibuta Yasushi
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 60 号: 2 ページ: 180-188

    • DOI

      10.2320/matertrans.ME201712

    • NAID

      130007556933

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2019-02-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of athermal heterogeneous nucleation of solidification2019

    • 著者名/発表者名
      Fujinaga Takuya、Shibuta Yasushi
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 164 ページ: 74-81

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2019.03.061

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Grain growth kinetics in submicrometer-scale molecular dynamics simulation2018

    • 著者名/発表者名
      S. Okita, E. Miyoshi, S. Sakane, T. Takaki, M. Ohno, Y. Shibuta
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 153 ページ: 108-116

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.04.060

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bridging molecular dynamics and phase-field methods for grain growth prediction2018

    • 著者名/発表者名
      E. Miyoshi, T. Takaki, Y. Shibuta, M. Ohno
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 152 ページ: 118-124

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2018.05.046

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Advent of cross-scale modeling: high-performance computing of solidification and grain growth2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, M. Ohno, T. Takaki
    • 雑誌名

      Advanced Theory and Simulations

      巻: 1 号: 9 ページ: 1800065-1800065

    • DOI

      10.1002/adts.201800065

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solute partition at solid-liquid interface of binary alloy from molecular dynamics simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno Kensho、Shibuta Yasushi
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 4 ページ: 553-557

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2018.11.011

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulations investigating consecutive nucleation, solidification and grain growth in a twelve-million-atom Fe-system2017

    • 著者名/発表者名
      S. Okita, W. Verestek, S. Sakane, T. Takaki, M. Ohno, Y. Shibuta
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 474 ページ: 140-145

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.11.120

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Molecular Dynamics Study of Partitionless Solidification and Melting of Al–Cu Alloys2017

    • 著者名/発表者名
      S.K. Deb Nath, Y. Shibuta, M. Ohno, T. Takaki, T. Mohri
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 57 号: 10 ページ: 1774-1779

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-221

    • NAID

      130006171618

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属材料の組織形成および凝固プロセスに関する分子動力学2017

    • 著者名/発表者名
      澁田靖
    • 雑誌名

      分子シミュレーション研究会会誌 「アンサンブル」

      巻: 19 ページ: 158-164

    • NAID

      130007424908

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterogeneity in homogeneous nucleation from billion-atom molecular dynamics simulation of solidification of pure metal2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 10-10

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00017-5

    • NAID

      120006220003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Grain growth in large-scale molecular dynamics simulation: linkage between atomic configuration and von Neumann-Mullins relation2016

    • 著者名/発表者名
      S. Okita, Y. Shibuta
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 56 号: 12 ページ: 2199-2207

    • DOI

      10.2355/isijinternational.isijint-2016-408

    • NAID

      130005251173

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 超大規模分子動力学法シミュレーションによる核生成・凝固・粒成長過程の統一的理解2019

    • 著者名/発表者名
      澁田靖・大喜多慎・三好英輔・坂根慎治・高木知弘・大野宗一
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第177回春季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Microstructure formation in large-scale molecular dynamics simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Okita, S. Sakane, E. Miyoshi, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      MMM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子動力学法シミュレーションによるFe-Cr合金固液界面物性の導出2018

    • 著者名/発表者名
      上野健祥・澁田靖
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第176回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ni過冷融液からの均質核生成・組織生成過程の分子動力学シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      折原駿介・澁田靖
    • 学会等名
      日本金属学会 2018年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法シミュレーションによるAl過冷融液からの不均質核生成2018

    • 著者名/発表者名
      藤永拓也・澁田靖
    • 学会等名
      日本金属学会 2018年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics approach to solidification microstructure2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      CDSM2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 過冷却Ni相の分子動力学シミュレーションにおける12回対称準結晶の形成2018

    • 著者名/発表者名
      澁田靖・折原駿介・大喜多慎・阿部英司
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 成依存性-大規模分子動力学の現状と展望-2017

    • 著者名/発表者名
      澁田靖
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第173回春季講演大会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都・八王子市)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 組織形成・凝固に係る分子動力学研究の確立2017

    • 著者名/発表者名
      澁田靖
    • 学会等名
      日本金属学会 2017年春期大会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都・八王子市)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Very large scale molecular dynamics simulation of solidification2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      SP17 (6th Decennial International Conference on Solidification Processing)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics approach to nucleation and solidification2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      MCSP2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heterogeneity in homogeneous nucleation from billion-atom molecular dynamics simulation by multi-GPUs parallel computation2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粒成長停滞機構解明に向けた超大規模分子動力学法シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      大喜多慎・澁田靖
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第174回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Atomic nature in solidification and grain growth by large-scale molecular dynamics simulation on GPU supercomputer2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Okita, S. Sakane, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      by large-scale molecular dynamics simulation on GPU supercomputer
    • 発表場所
      Boston (USA)
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大規模分子動力学から見る凝固組織生成2016

    • 著者名/発表者名
      澁田靖・大喜多慎・坂根慎治・高木知弘・大野宗一
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第172回秋季講演大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 超大規模分子動力学法シミュレーションによる粒成長過程解析2016

    • 著者名/発表者名
      大喜多慎・澁田靖
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第172回秋季講演大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Discussion on solidification and microstructure evolution from atomistic point of view: large-scale molecular dynamics simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Sakane, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      PRICM9
    • 発表場所
      京都国際会館(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Large-scale molecular dynamics simulation of solidification and grain growth2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, S. Okita, S. Sakane, T. Takaki, M. Ohno
    • 学会等名
      CSSCR2016
    • 発表場所
      Xi'an (China)
    • 年月日
      2016-05-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solidification in GPU supercomputer: linkage between atomistic and continuum scales2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibuta, M. Ohno, T. Takaki
    • 学会等名
      CALPHAD XLV
    • 発表場所
      淡路夢舞台(兵庫県・淡路市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Materials Modelling Lab webpage

    • URL

      http://www.mse.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Nature Communications出版プレスリリース(東京大学工学部)

    • URL

      http://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_20170406154030766965468182.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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