| 研究領域 | ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製- |
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| 研究課題/領域番号 |
18H05480
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
君塚 肇 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60467511)
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| 研究分担者 |
板倉 充洋 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (90370353)
只野 裕一 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (00346818)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| キーワード | 硬質・軟質層状構造 / キンク形成・強化 / 原子論的解析 / 大規模第一原理計算 / 高次勾配結晶塑性論 / 結晶塑性有限要素解析 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は，最終目標であるミルフィーユ構造におけるキンク形成・強化のメカニズム解明に向けて，構造制御型（単相）および組織制御型（多結晶，共晶合金）の金属系ミルフィーユ構造を中心に，基軸となる手法の構築・検証を継続しながら，実験班から供与された知見を適宜活用してキンク形成過程のモデル化を実施し，キンクが力学特性・強化に与える影響の検討を進めた．具体的には，以下の5項目について研究を遂行した．
(1) 金属系ミルフィーユ構造におけるキンク形成のメカニズムとその支配因子を明確化するため，Cu/Nbナノラメラ構造を対象に，その塑性変形の素過程を原子シミュレーションにより解析した．
(2) Mg基ミルフィーユ構造におけるキンク形成メカニズムを議論する上での基礎となるキンク周辺の原子構造を明らかにするため，Mg-Y-Zn系において溶質元素が積層欠陥上でクラスタを形成し配列する過程を，第一原理計算により評価したエネルギー論に基づく動的モンテカルロ法により解析した．
(3) キンク強化に適したキンク形態の模索と種々のキンクがキンク強化に及ぼす影響の定量的検討を目的に，高次勾配結晶塑性メッシュフリー法を活用して，複数のキンク形態がキンク強化に及ぼす影響を定量的に評価するための数値解析を実施した．
(4) ミルフィーユ構造等の層状構造体におけるキンク形成機構を明らかにすることを目的として，領域内の他班において実験的に共晶合金のキンク帯形成を調査している研究者と情報共有し，実験に対応する解析モデルに基づく結晶塑性有限要素解析を実施した．
(5) 第一原理計算によりTi3AlC2系MAX相の層間の弾性不均質性を解析するとともに，MAX相の塑性変形を担う底面刃状転位の芯構造および易動性を離散変分Peierls-Nabarroモデル，分子静力学計算等に基づき定量評価した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究を遂行するにあたり，「キンク形成原子論解析用並列計算機増設モジュール」（名古屋大学），「キンク構造データ作成装置」（日本原子力研究開発機構），「キンク強化マルチスケール解析用並列計算機」（佐賀大学）を導入し，研究基盤を整備した．また，キンクの形成過程の解析およびキンクが力学特性・強化に与える影響の解析に際して，領域内の計画班，公募班の関連研究者間で研究会を計6回実施し，実験的知見に基づく結晶幾何学的モデルや応力－ひずみ特性等の情報提供を受けるとともに，計算材料科学の立場から検証が必要なモデルケースおよび物性値に関して議論・検討した．コロナ禍のために対外活動の制限が継続するなか，オンライン開催による国内・海外の関連学協会において発表・議論することを通じて，研究成果の広報活動を展開した．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，これまでに構築した研究基盤に立脚し，他班と連携研究を進めながら以下に挙げる課題に取り組む．この取り組みにより，実験的知見と理論的知見の橋渡しを志向しながら種々のミルフィーユ構造におけるキンク形成・強化のメカニズムを明らかにし，領域研究に貢献する．
(1) 全原子／粗視化分子動力学法を活用した，金属系・高分子系・セラミックス系ミルフィーユ構造のキンク形成過程の温度・応力依存性の評価，ならびにキンクの導入による層状構造体の力学特性の変化の解明．
(2) 大規模第一原理計算を活用した，転位列周辺での溶質元素の分解・再構成による再配置過程のエネルギー論的評価，ならびに溶質クラスタによる転位の固着とそれがキンク強化に与える影響の検討．
(3) 高次勾配結晶塑性メッシュフリー法を活用した，幾何学的硬化と格子欠陥がキンク強化の及ぼす影響に関する定量的評価，ならびにキンク形態・境界条件とキンク強化の相関の一般化を目的とした体系的調査．
(4) 結晶塑性有限要素法を活用した系統的な数値解析による，層状構造体におけるキンク形成機構に及ぼす影響因子の解明，ならびに，班内連携によりキンク強化に関する数値解析結果を考慮した，キンク導入材の後続変形負荷解析の実施．
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