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2012 年度 実績報告書

内部欠陥構造発展の大規模計算によるバルクナノメタルの力学特性解析

計画研究

研究領域バルクナノメタル ー常識を覆す新しい構造材料の科学
研究課題/領域番号 22102007
研究機関金沢大学

研究代表者

下川 智嗣  金沢大学, 機械工学系, 准教授 (40361977)

研究分担者 青柳 吉輝  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70433737)
都留 智仁  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究員 (80455295)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2015-03-31
キーワード力学特性 / 計算力学 / ナノ材料 / 粒界 / 原子シミュレーション / 結晶塑性解析 / 破壊じん性 / 寸法効果
研究実績の概要

平成24年度は,バルクナノメタルの変形・力学特性に対する粒内転位源と粒界転位源の関係に注目し,以下の事項について研究を進めた.【1】パイルアップモデルに対して粒内転位源と粒界転位源の寸法・構造依存性を考慮し,実験で報告されている強度と粒径の関係を表現できるモデル化を行った.そこでは転位が粒界を通過する抵抗が粒界方位差と共に大きくなる仮定を用いるが,その定量的な評価と詳細なメカニズムを原子シミュレーションにより確認し,粒界方位差のみならず粒界転位構造と格子転位構造の関係が,転位が粒界を通過する現象には重要であることを示した.【2】粒内にFrank-Read源を配置したサブミクロン粒で構成される多結晶体モデルの変形解析を大規模原子シミュレーションを用いて実施し,粒内転位源,粒界転位源から転位が放出する現象と粒界を転位が通過する現象を調査した.結果として,それぞれの現象を生じるために必要な応力の大小関係が,転位源の長さや粒界構造に強く影響を受けることを確認し,バルクナノメタルの強度を律速するメカニズムが内部構造に応じて変化することを原子モデルで表現できた.【3】分子動力学シミュレーションにより様々な外力負荷下において粒界から転位を放出させ,そのときの起動するすべり面に作用する垂直応力が,粒界から転位を放出するために必要な臨界分解せん断応力に強く影響を与えていることを確認した.この結果を,粒界転位源能力を考慮した結晶塑性理論に適用し,結晶粒が小さいほど強度の静水圧依存性を示せることが確認できた.また,ナノインデンテーションにより粒界の特性を反映した力学応答を獲得し,これらの情報を反映させた結晶塑性モデルの構築も行った.【4】粒界き裂近傍の粒界から転位が放出する現象と破壊じん性の関係を原子シミュレーションにより検討し,さらにこの現象を破壊力学の枠組で表現できるように理論を構築した.

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

本研究課題に関連する新たなバルクナノメタルに関する実験事実が報告され,本研究を遂行する上で,さらに大規模な原子シミュレーションを用いて,粒界の塑性現象を直接考慮する多結晶体の変形シミュレーションを実施し,そこで得られる「拘束空間における転位の発展」と「粒界を介した塑性変形の伝ぱ」という複雑な格子欠陥の相互作用の検討を通じて,バルクナノメタルの降伏現象を解析することが必要になったため,平成24年度に大規模原子シミュレーションを取り扱う能力を有し,格子欠陥の数値解析に熟知している研究分担者を1 名追加した.そのため,新たな実験結果を数値解析を通じて検討する環境はさらに整備され,当初の予定を遅らせることなく順調に進んでいる.

今後の研究の推進方策

次年度は,以下の事項について検討する.【1】原子モデルを用いて,ねじり粒界の転位源能力について検討し,一般的な粒界の転位源能力の評価に拡張する.【2】粒界構造に注目して転位が粒界を通過するときの抵抗力を原子モデルにより定量的に評価する.【3】Frank-Read 源の原子モデルの作成方法において刃状転位の端をピンニングするスキームを検討し,粒内転位源を持つ多結晶原子モデルを用いて,粒内転位源から発生した転位が粒界を通過する現象や粒内転位源が起動せずに直せず粒界から転位が放出現象を検討し,バルクナノメタルの降伏現象や強度の粒径依存性について検討する.【4】これまで得られる粒界の転位源能力や粒界の転位通過抵抗力の結果を(原子シミュレーションに加えてナノインデンテーションを用いた実験値も用いる),平成24 年度までに開発した結晶塑性モデルに組み込むことで(例えば,硬化則に粒界方位差に依存した転位の放出能力を導入する), 個々の粒界構造を反映したマルチスケール結晶塑性モデルを構築する.

  • 研究成果

    (47件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (38件) (うち招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Modeling and Simulation on Ultrafine-graining Based on Multiscale Crystal Plasticity Considering Dislocation Patterning2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyagi, R. Kobayashi, Y. Kaji and K. Shizawa
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 47 ページ: 13-28

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2012.12.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution softening in magnesium alloy: Effect of solid solution on dislocation core structure and non-basal slip2013

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Tsuru
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 25 ページ: 022202(1-5)

    • DOI

      10.1088/0953-8984/25/2/022202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 再結晶現象における結晶核と母相に対する混相理論としての保存則の定式化2012

    • 著者名/発表者名
      村松眞由
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 742-757

    • DOI

      10.1299/kikaia.78.742

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of carbon impurity on microstructural evolution in irradiated α-iron2012

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Abe
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology

      巻: 62 ページ: 139-144

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic properties of neptunium nitride: a first principles study2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Shibata
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Science and Technology

      巻: 49 ページ: 328-333

    • DOI

      10.1080/00223131.2012.660017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Annealing simulation of cascade damage in α-Fe #8211; Damage energy and temperature dependence analyses2012

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Suzudo
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 423 ページ: 40-46

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2012.01.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Grain growth prediction with inclination dependence of 110 tilt grain boundary using multi-phase-field model with penalty for multiple junctions2012

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Hirouchi
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 53 ページ: 474-482

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2011.08.030

    • 査読あり
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションにおいて観察された回位2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本金属学会2013年春期大会
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 年月日
      2013-03-27 – 2013-03-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 粒界の力学特性に関するインデンテーション結晶塑性シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      青柳吉輝
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第48期総会・講演会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2013-03-15 – 2013-03-15
  • [学会発表] 粒界き裂近傍の転位放出現象と破壊じん性の関係2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越支部 第50期総会・講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-09 – 2013-03-09
  • [学会発表] 面欠陥の転位放出現象に関するエネルギー論的研究2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越支部 第50期総会・講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-09 – 2013-03-09
  • [学会発表] 傾角粒界の格子転位伝ぱ現象と起動するすべり面の分解せん断応力の関係に対する分子動力学解析2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越支部 第50期総会・講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-09 – 2013-03-09
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたナノスケール構造体の変形メカニズムに関する基礎的研究2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越学生会 第42回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-08 – 2013-03-08
  • [学会発表] 原子シミュレーションによる粒内転位源増殖過程の静水圧依存性の検討2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越学生会 第42回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-08 – 2013-03-08
  • [学会発表] 原子モデルによるフェライト・セメンタイト異相界面構造の解析2013

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越学生会 第42回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2013-03-08 – 2013-03-08
  • [学会発表] Crystal Plasticity Modeling and Simulation Considering Effect of Grain Boundary of Ultrafine-grained Metal2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshiteru Aoyagi
    • 学会等名
      The 19th International Symposium on Plasticity and Its Current Applications, (Plasticity '13)
    • 発表場所
      Nassau, Bahamas
    • 年月日
      2013-01-03 – 2013-01-08
  • [学会発表] Atomic Simulations of Mechanical Properties of Multilayered Composites with Brittle and Ductile Phases2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      4th International Conference on Computational Methods (ICCM 2012)
    • 発表場所
      Gold Coast, Australia
    • 年月日
      2012-11-25 – 2012-11-28
  • [学会発表] Role of Grain Boundaries as Dislocation Source in Grain-Size Strengthening of Ultrafine Grained Metals2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      4th International Conference on Computational Methods (ICCM 2012)
    • 発表場所
      Gold Coast, Australia
    • 年月日
      2012-11-25 – 2012-11-28
  • [学会発表] 微結晶塑性論を用いた亀裂進展シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      青柳吉輝
    • 学会等名
      日本材料学会破壊力学部門第142回委員会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2012-11-15 – 2012-11-15
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrostatic Pressure Dependence of Dislocation Emission Phenomena from Aluminum 112 Tilt Grain Boundaries2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      KIM-JIM Joint Symposium in 2012 Fall Conference of the Korean Institute of Metals and Materials
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2012-10-25 – 2012-10-25
  • [学会発表] Effect of Carbon Impurity on Microstructure Evolution in Neutron-Irradiated α-Iron: Cluster Dynamics Modeling2012

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Tsuru
    • 学会等名
      International Conference on 6th Multiscale Materials Modeling (MMM2012)
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2012-10-15 – 2012-10-19
  • [学会発表] 傾角粒界の方位差と転位伝ぱ能力の関係2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 粒界き裂の成長に対する粒界転位源能力の影響2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 様々な外部負荷応力状態下における粒界から転位が放出する現象の原子シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 延性脆性積層複合材の力学特性に対する積層方向依存性2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 転位の自己エネルギーに対する粒界の影響2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] インデンテーション法による粒界の力学特性評価および結晶塑性シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      青柳吉輝
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第48期秋季講演会
    • 発表場所
      八戸工業高等専門学校
    • 年月日
      2012-09-22 – 2012-09-22
  • [学会発表] 分子動力学法によるバルクナノメタルの結晶粒径強化に対する変形メカニズムの提案2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋期大会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-17 – 2012-09-19
  • [学会発表] 転位源としての粒界の影響を考慮した結晶塑性モデリング2012

    • 著者名/発表者名
      青柳吉輝
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋期(第151回)大会
    • 発表場所
      松山大学
    • 年月日
      2012-09-17 – 2012-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomic Simulation of Grain Boundaries as a Dislocation Source in Ultrafine-Grained Metals2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium on Computational Mechanics CAE 2012
    • 発表場所
      Kanazawa University
    • 年月日
      2012-09-10 – 2012-09-12
  • [学会発表] 離散転位動力学と原子・電子シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      都留智仁
    • 学会等名
      第61期第3回日本材料学会塑性力学分科会「離散転位動力学シミュレーションの現状と今後の展開」
    • 発表場所
      慶応義塾大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2012-08-30 – 2012-08-30
    • 招待講演
  • [学会発表] Roles of Dislocation Emission from Grain Boundaries in Mechanical Properties of Bulk Nanostructured Metals2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      International Workshop on Bulk Nanostructured Metals
    • 発表場所
      Kyoto University Clock Tower Centennial Hall
    • 年月日
      2012-06-26 – 2012-06-29
    • 招待講演
  • [学会発表] The Brittle-to-Ductile Transition in Bulk Nanostructured Metals2012

    • 著者名/発表者名
      Masaki Tanaka
    • 学会等名
      International Workship on Bulk Nanostructured Metals
    • 発表場所
      Kyoto University Clock Tower Centennial Hall
    • 年月日
      2012-06-26 – 2012-06-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomistic Simulations of Activation Ability of Dislocation Source within Grain Boundary2012

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Tsuru
    • 学会等名
      International Workship on Bulk Nanostructured Metals
    • 発表場所
      Kyoto University Clock Tower Centennial Hall
    • 年月日
      2012-06-26 – 2012-06-29
  • [学会発表] Crystal Plasticity Simulation on Tension-Compression Asymmetry of Bulk Nanostructured Metals2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshiteru Aoyagi
    • 学会等名
      International Workship on Bulk Nanostructured Metals
    • 発表場所
      Kyoto University Clock Tower Centennial Hall
    • 年月日
      2012-06-26 – 2012-06-29
  • [学会発表] Atomic Simulations of Dislocation Emission Phenomena from Grain Boundaries2012

    • 著者名/発表者名
      Tomotsugu Shimokawa
    • 学会等名
      NIMS Conference 2012
    • 発表場所
      Tsukuba International Confress Center
    • 年月日
      2012-06-06 – 2012-06-06
    • 招待講演
  • [学会発表] バルクナノメタルの強度粒径依存性と粒界転位源能力の関係2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 原子モデルによる粒界転位源能力の外部負荷依存性2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 転位の自己エネルギーの粒径依存性に関する一考察2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 延性脆性積層構造体の力学特性に関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 離散変分PNモデルによるMg底面および柱面すべり特性に対する添加元素の影響評価2012

    • 著者名/発表者名
      都留智仁
    • 学会等名
      日本材料学会 第17回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 傾角粒界の塑性変形伝ぱ能力に関する原子論的研究2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本計算工学会第17回計算工学講演会
    • 発表場所
      京都教育文化センター
    • 年月日
      2012-05-29 – 2012-05-31
  • [学会発表] 粒界転位源能力の静水圧依存性に関する原子シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会第61期学術講演会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2012-05-27 – 2012-05-27
  • [学会発表] 超微細粒材のHall-Petch係数と小傾角粒界の関係に対する一考察2012

    • 著者名/発表者名
      下川智嗣
    • 学会等名
      日本材料学会第61期学術講演会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2012-05-27 – 2012-05-27
  • [学会発表] バルクナノメタルの引張・圧縮非対称性に関するマルチスケールシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      青柳吉輝
    • 学会等名
      日本材料学会第61期学術講演会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2012-05-25 – 2012-05-27
  • [図書] Effects of Radiation on Nuclear Materials: 25th Volume2013

    • 著者名/発表者名
      T Yamamoto
    • 総ページ数
      362
    • 出版者
      ASTM International
  • [備考] 下川智嗣のホームページ

    • URL

      http://mechs.ms.t.kanazawa-u.ac.jp/~simokawa/index.html

URL: 

公開日: 2018-02-02  

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