原子論に基づく材料の有限温度長時間変形の理論体系の創出

• 研究課題/領域番号: 23246025
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 尾方 成信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)
• 研究分担者: 君塚 肇 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円); 2015年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2014年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2013年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2012年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2011年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: 塑性変形 / クリープ / 原子論 / ナノ材料 / 温度依存性 / ひずみ速度依存性 / サイズ依存性 / 多結晶体材料 / 転位核生成 / 応力依存性 / メカニズムの遷移 / 原子シミュレーション / 粒界 / 運動 / 温度 / 応力 / すべり / 移動 / 有限温度 / 長時間 / 転位 / 拡散 / 多結晶 / 加速分子動力学法 / 金属アモルファス材料

研究成果の概要

原子レベル時間加速解析を構築し、これを用いた大規模解析によって、有限温度下での長時間変形を解析し、変形のサイズ依存性、応力依存性、温度依存性、ひずみ速度を原子レベルで獲得した。得られた知見をベースに塑性変形理論とクリープ変型理論を融合させた普遍的な有限温度・長時間変形の理論体系を確立した。そして、第一原理計算による材料物性評価をもとに、確立した理論体系を用いてナノ材料開発の指針を提供した。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanism transition and strong temperature dependence of dislocation nucleation from grain boundaries: An accelerated molecular dynamics study (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun-Ping Du, Yun-Jiang Wang, Yu-Chieh Lo, Liang Wan, and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.104110
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Properties of high-density, well-ordered, and high-energy metallic glass phase designed by pressurized quenching (2016)
  • 著者名/発表者名: Narumasa Miyazaki, Yu-Chieh Lo, Masato Wakeda, and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 109 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4962128
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Prediction of pressure-promoted thermal rejuvenation in metallic glasses (2016)
  • 著者名/発表者名: Narumasa Miyazaki, Masato Wakeda, Yun-Jiang Wang, and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: npj Computational Materials 巻: 2 号: 1
  • DOI: 10.1038/npjcompumats.2016.13
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of {11-21} twins from I1-type stacking faults in Mg: A molecular dynamics study (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Matsubara, Hajime Kimizuka, and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 122 ページ: 314-321
  • DOI: 10.1016/j.commatsci.2016.05.033
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ton-scale metal carbon nanotube composite: The mechanism of strengthening while retaining tensile ductility (2016)
  • 著者名/発表者名: Kang Pyo So, Xiaohui Liu, Hideki Mori, Akihiro Kushima, Jong Gil Park, Hyoung Seop Kim, Shigenobu Ogata, Young Hee Lee, and Ju Li
  • 雑誌名: Extreme Mechanics Letters 巻: 8 ページ: 245-250
  • DOI: 10.1016/j.eml.2016.04.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiation-Induced Nanobubbles Enhance Ductility in Submicron-Sized Single-Crystalline Copper (2016)
  • 著者名/発表者名: Ming-Shuai Ding, Jun-Ping Du, Liang Wan, Shigenobu Ogata, Lin Tian, Evan Ma, Wei-Zhong Han, Ju Li, and Zhi-Wei Shan
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 16 号: 7 ページ: 4118-4124
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00864
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Al-Cu 合金における Guinier-Preston ゾーン形成の支配因子に関する原子論的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中上雄史, 君塚肇, 尾方成信
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 80 号: 9 ページ: 575-584
  • DOI: 10.2320/jinstmet.J2016029
  • NAID: 130005406782
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomistic investigation of the vacancy-assisted diffusion mechanism in Mg ternary (Mg-RE-M) alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Fronzi, H. Kimizuka, S. Ogata
  • 雑誌名: Computational Materials Science, 巻: 98 ページ: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.commatsci.2014.10.053
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-Dimensional Ordering of Solute Nanoclusters at a Close-Packed Stacking Fault: Modeling and Experimental Analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kimizuka, S. Kurokawa, A. Yamaguchi, A. Sakai, S. Ogata
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep07318
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact toughness of 0.3 mass % carbon tempered martensitic steels evaluated by instrumented Charpy test (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Takebayashi, K.Ushioda, N.Yoshinaga, S.Ogata
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 783-786 ページ: 1033-1038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studying the elastic properties of nanocrystalline copper using a model of randomly packed uniform grains (2013)
  • 著者名/発表者名: G. J. J. Gao, Y. J. Wang, and S. Ogata
  • 雑誌名: Compt. Mater. Sci. 巻: 79 ページ: 56-62
  • DOI: 10.1016/j.commatsci.2013.05.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] 構造異方性を考慮した準調和近似に基づくMgの熱膨張挙動の第一原理解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松原和輝, 君塚肇, 尾方成信
  • 雑誌名: 材料 巻: 63 ページ: 188-193
  • NAID: 130003393240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of alloying elements on in-plane ordering and disordering of solute clusters in Mg-based long-period stacking ordered structures: A first-principles analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kimizuka, M. Fronzi, S. Ogata
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 69(8) 号: 8 ページ: 594-597
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2013.07.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子論に基づく Fe-Si 合金中のらせん転位と Si 原子の相互作用の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 譯田真人, 君塚肇, 尾方成信
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 77 号: 10 ページ: 409-414
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JAW201311
  • NAID: 10031201573
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predicting Atomic Arrangement of Solute Clusters in Dilute Mg Alloys (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kimizuka, S. Ogata
  • 雑誌名: Materials Research Letters 巻: 1(4) 号: 4 ページ: 213-219
  • DOI: 10.1080/21663831.2013.838705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entropic Effect on Creep in Nanocrystalline Metals (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Wang, A. Ishii and S. Ogata
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 61 号: 10 ページ: 3886-3886
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.03.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomistic Design of High Strength Crystalline-Amorphous Nanocomposites (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, Y. J. Wang, A. Ishii and S. Ogata
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 54 号: 9 ページ: 1592-1596
  • DOI: 10.2320/matertrans.MH201316
  • NAID: 10031194641
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Conjugate Channeling" Effect in Dislocation Core Diffusion : Carbon Transport in Dislocated BCC Iron (2013)
  • 著者名/発表者名: Akio Ishii, Ju Li and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8 号: 4 ページ: e60586-e60586
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0060586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomistic understanding of diffusion kinetics in nanocrystals from molecular dynamics simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Yun-Jinag Wang, Guo-Jie Jason Gao, and Shigenobu Ogata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.115413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-dependent Transition of Deformation Mechanism and Nonlinear Elasticity in Ni3Al Nanowires (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Wang, G. J. Gao and S. Ogata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.4789528
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子動力学法によるCu-Zr二元系アモルファス金属の過冷却液体における粘性係数の温度依存性の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮崎成正，譯田真人，尾方成信
  • 雑誌名: 材料 巻: 62 ページ: 172-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain Size Dependence of Creep in Nanocrystalline Copper by Molecular Dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.J.Wang, A.Ishii, S.Ogata
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 53 号: 1 ページ: 156-160
  • DOI: 10.2320/matertrans.MD201122
  • NAID: 130004454833
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive boost molecular dynamics simulation of carbon diffusion in iron (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Ishii, S.Ogata, H.Kimizuka, J.Li
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.064303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-replica molecular dynamics modeling (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Ishii, H.Kimizuka, S.Ogata
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 54 ページ: 240-248
  • DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.10.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transition of creep mechanism in nanocrystalline metals (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.J.Wang, A.Ishii, S.Ogata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.224102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow diffusion of hydrogen at a screw dislocation core in α-iron (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Kimizuka, S.Ogata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.024116
  • 査読あり
• [学会発表] Multiscale modeling of deformation and strength of structural materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: Computational Science Workshop 2017 (CSW2017)
  • 発表場所: Shonan Village Center, Miura-Gun, Kanagawa
  • 年月日: 2017-03-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic study on pressure promoted thermal rejuvenation of metallic glass (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata, Narumasa Miyazaki, and Masato Wakeda
  • 学会等名: TMS 2017 Annual Meeting & Exhibition
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic study of temperature and stress dependent dislocation nucleation from grain boundary (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata and Jun-Ping Du
  • 学会等名: Dislocations
  • 発表場所: Lafayette, USA
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic modeling of deformation and strength of ultrafine-grained metals (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto City, Kyoto
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic modeling of diffusive and displacive deformation processes in plasticity (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: 8th International Conference on Materials Structure & Micromechanics of Fracture (MSMF8)
  • 発表場所: Brno, Czech Republic
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Adaptive-boost molecular dynamics simulation of thermally activated motions of crystal imperfections (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, A.Ishii, Y-.J. Wang
  • 学会等名: The 9th General Meeting of ACCMS-VO
  • 発表場所: 沖縄・恩納村
  • 年月日: 2014-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Density functional theory analysis of stability of Mg {10-12} <10-1-1> twin embryo and energetic of twin boundary migration (2014)
  • 著者名/発表者名: A.Ishii, S.Ogata
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) 2014 Fall Meeting
  • 発表場所: 米国・ボストン
  • 年月日: 2014-11-30
  • 国際学会
• [学会発表] Fast solute-atom diffusion channel in dislocation core (2014)
  • 著者名/発表者名: A.Ishii, J.Li, S.Ogata
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) 2014 Spring Meeting
  • 発表場所: 米国・サンフランシスコ
  • 年月日: 2014-04-21
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular dynamics simulation of infrequent events for plastic deformation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: 2nd Elements Strategy Initiative for Structural Materials International Workshop
  • 発表場所: 京都大学、京都府
  • 招待講演
• [学会発表] 塑性変形の素過程の電子・原子論による解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 材料の微細組織と機能性第133委員会第219回研究会
  • 発表場所: 京都テルサ、京都府
  • 招待講演
• [学会発表] How Nanostructured Metals Creep at Conditions of Extreme Stress and Temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: Yun-Jiang Wang, Akio Ishii, Guo-Jie Jason Gao, and Shigenobu Ogata
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) 2013 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic modeling of creep of nanocrystalline metals (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata and Yun-Jiang Wang
  • 学会等名: Materials Science and Technology 2013 (MS&T’13)
  • 発表場所: Montreial, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic Modeling of Solute Atom Effect on Mechanical Properties of Steel (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: 8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing Registration(PRICM-8)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on a Thermal Rejuvenation of Amorphous Metals (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: ICF13 International Conference on Fracture 13
  • 発表場所: Beijing, China
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic understanding of mechanical properties of structural materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Ogata
  • 学会等名: KIM-JIM Symposium
  • 発表場所: 金沢大学、石川県
  • 招待講演
• [学会発表] 力学計算から見た変形の素過程 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 日本金属学会2013年秋期講演大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県
  • 招待講演
• [学会発表] Prediction of solute-atom clusters segregated in Mg-based ternary alloys from first-principles (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Kimizuka, Marco Fronzi, and Shigenobu Ogata
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC’2013)
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic Monte Carlo modeling of concentrated Mg-TM-RE alloys based on first-principles calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Kimizuka, Marco Fronzi, and Shigenobu Ogata
  • 学会等名: 8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing Registration(PRICM-8)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 格子欠陥における原子拡散と材料変形のモデリング (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 広島大学、広島県
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ガラスおよび金属ナノ結晶の変形素過程の原子モデリング (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会
  • 発表場所: 東京理科大学、東京都
  • 招待講演
• [学会発表] 材料の変形と強度のモデリングおよびシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会シンポジウム
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] Atomistic modeling of slow dynamics in nanocrystalline metals (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, Y.J.Wang, G.J.Gao, A.Ishii
  • 学会等名: International workshop on bulk nanostructured metals
  • 発表場所: 京都大学、京都府
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling and simulation of atomic diffusion and creep deformation (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, Y.J.Wang, A.Ishii
  • 学会等名: IUMRS-International conference on Electronic Materials
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川県
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic modeling of diffusion dynamics in metals (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, H.Kimizuka, Y.J.Wang, G.J.Gao, A.Ishii
  • 学会等名: 6th International Conference on Multiscale Materials Modeling
  • 発表場所: Biopolis, Singapore
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic modeling of diffusion dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Ogata
  • 学会等名: Nuclear Materials Conference
  • 発表場所: 大阪国際交流センター、大阪府
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic Modeling of Diffusion and Deformation (2011)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜開港記念館(神奈川県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] ナノ結晶のクリープ変形の原子シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 計算材料科学研究拠点第2回シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] 材料の変形のモデリング (2011)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 材料力学談話会
  • 発表場所: 大阪科学技術センター(大阪府)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 固体材料中のスローダイナミクスの原子スケール解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 尾方成信
  • 学会等名: 日本材料学会分子動力学部門委員会公開部門委員会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] First-Principles Modeling of Deformation and Diffusion (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata
  • 学会等名: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: 東京大学(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-31
• [学会発表] Adaptive boosting method for accelerated molecular dynamics (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Ishii, S.Ogata, H.Kimizuka
  • 学会等名: International Symposium on Atomistic Modelling for Mechanics and Multiphysics of Materials
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2011-07-22
• [学会発表] Adaptive Boost法の開発とそれを用いた鉄中炭素拡散の解析【MD賞受賞】 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石井明男, 尾方成信, 君塚肇
  • 学会等名: 材料学会第1回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] First-Principles Modeling of Deformation and Diffusion at Nano-Scale (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata
  • 学会等名: Int.Workshop on Nanoindentation Related Research
  • 発表場所: 西安(中国)(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-20