| 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 |
18H05481
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
藤居 俊之 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40251665)
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| 研究分担者 |
中島 英治 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (80180280)
SVADLENKA KAREL 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60572188)
稲邑 朋也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60361771)
垂水 竜一 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30362643)
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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 | キンク形成 / キンク強化 / 転位 / 回位 / ミルフィーユ構造 |
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| 研究実績の概要 |
本年度の具体的な研究実績を以下に記す．
(1)中島を主担当として，単相LPSO相を用いて，室温における定負荷速度圧縮試験を行ったところ，圧縮変形の過程で降伏直後に生じるストレインバーストがキンクの発生に対応していることを見いだした．また，研究協力者の光原との共同研究により，後方散乱電子回折法でキンク周辺のひずみ分布を評価したところ，表面起伏を伴ったキンクが発生する前駆現象が捉えられた．
(2) シュワドレンカを主担当として，キンク形成の数理モデル構築にあたり，これまでに提案されている転位の運動に関する数理解析の論文検索を行った．その結果，キンク形成のダイナミクスを扱うには，微分幾何学を応用した弾性体欠陥モデルの数値解法を導くことが有効であることがわかった．
(3) 稲邑を主担当として，形成されたキンク界面で剥離が生じないことを必要条件とするRank-1接続による理論解析を行った結果，キンク形成時の幾何学と形態が見通しよく予測でき，界面での適合度を満たすための解析解が導出できた．
(4)垂水を主担当として，古典弾性理論，非局所弾性理論，非線形弾性理論とアイソジオメトリック解析を組み合わせて，キンク変形・強化機構の解析に適した力学モデルの構築とその検証を行った．本解析を通して，キンク形成の臨界応力の推定には，非線形構成式による有限変形解析が必要であることがわかり，微分幾何学を取り入れた非線形弾性理論による解析に着手した．
(5)藤居を主担当として，単相LPSO相の降伏応力の温度依存性に着目し，キンクをくさび型回位ループ対で置き換えたモデルに基づく理論解析を試みた．既存の理論が与える降伏応力は，実験で得られるLPSO相の降伏応力に比べ1桁程度大きな値となり，今後は，キンク形成がより容易に生じることを考慮したモデリングが必要であることがわかった．
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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
研究開始時に計画していたキンク形成に関わる理論解析のうち，マルテンサイト変態の現象論を応用したRank-1接続による解析が当初計画通り進展し，圧縮変形により形成されるキンクの結晶学的条件が明確になってきた．今後，本研究を発展させれば，ミルフィーユ構造の圧縮変形により，どのようなキンク形態が生じ得るかを体系化でき，回位のエネルギー評価と関連づけられれば，キンク形成の理解を深めることに貢献できる．よって，研究方針の大幅な変更はなく，次年度以降の研究を加速させたい．また，本年度実施した，マグネシウム合金を用いた室温における圧縮試験の解析から，キンク発生には前駆現象が伴うことが領域内で初めて捉えられ，これまでのキンク形成の理解に対し修正を与える重要な知見を得た．この成果は，今後，キンク形成理論を構築するにあたっては，キンク発生以前の変形による欠陥導入過程も考慮した数理モデルが必要であることを意味し，理論構築に向けた指針を与えるものである．以上のことから，研究当初に掲げた研究目的を達成するために，着実な成果を上げつつあると自己評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)中島を主担当として，ミルフィーユ構造を持つ材料に導入されるキンクおよびその前駆過程において形成される界面の構造解析を行う．また，各組織発展に伴う界面構造の変化や結晶格子回転量の増加に対するひずみ緩和機構を微細組織観察により明らかする．これら実験データをA03班内の数理モデルグループへ展開し融合することで，キンク形成理論の構築を図る．
(2)シュワドレンカを主担当として，変分的手法とレベルセット法を中心とする幾何学的手法を用いて，層状構造における幾何学的制約の下でキンクが発生する条件と形成するメカニズムを明らかにする．この数学的な理解を班内および他班の実験と解析の結果と照らし合わせ，ミルフィーユ構造におけるキンク形成機構の根本を表す数理モデルを構築する．
(3)稲邑を主担当として，キンク形成時の回位の対消滅パターンを理論的に網羅する．A02およびA03班によるキンクの観察結果を参照し，rank-1接続および回位に基づくキンク組織の描像が妥当かを検証する．これら実験データの理論的抽象化により，一般化ミルフィーユ条件を導く．
(4)垂水を主担当として，微分幾何学に基づくキンク変形モデルの高精度化を行う．具体的には，転位ループの計量化による塑性多様体の導入と，アイソジオメトリック解析によるユークリッド空間への埋め込みを行うことで，キンクの形成過程，およびキンク素子近傍に生じる非線形力学場の定量評価を行う．
(5)藤居を主担当として，ミルフィーユ構造物質のキンク形成に伴った降伏現象を回位対の運動モデルによって解析し，A02およびA03班の実験結果と比較することで，理論の検証を行う．また，本年度採択された公募研究者との連携も図り，キンク形成およびキンク強化理論構築に向けて研究を推進する．
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| 備考 |
本計画研究の成果を公表するためのホームページを整備した．
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