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2012 年度 実績報告書

マルチスケール計算力学によるLPSO構造の変形と力学特性の解明

計画研究

研究領域シンクロ型LPSO構造の材料科学 ―次世代軽量構造材料への革新的展開―
研究課題/領域番号 23109009
研究機関北見工業大学

研究代表者

大橋 鉄也  北見工業大学, 工学部, 教授 (80312445)

研究分担者 志澤 一之  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80211952)
松本 龍介  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80363414)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2016-03-31
キーワードキンク変形 / すべり変形 / 転位 / 回位 / 初期不均一性 / マルチスケール解析 / 結晶塑性解析 / 原子シミュレーション
研究実績の概要

分子動力学シミュレーションではMg単結晶における転位生成の活性化自由エネルギーを評価し,有限温度・実時間の下で転位の生成が可能となる分解せん断応力の見積もりを行った.また,昨年度構築した原子間ポテンシャルを用いてHCP構造およびLPSO相に類似のいくつかの構造モデルを構築し,圧縮負荷の下で生ずる格子欠陥群の構造について検討した.その結果,非底面a転位の活動等が観察され,これらが底面に交差すべりすること,いくつかの過程を経て底面に大量の刃状転位が供給されること,底面を運動した刃状転位はパイルアップせずにシャープなキンク界面を形成すること等が明らかになった.
結晶塑性解析では,LPSO相単結晶試料に内在すると考えられる物理量の初期揺らぎを数値モデルに導入し,圧縮負荷によってキンク変形が発達して行く過程が再現された.その結果,キンク変形のしやすさや,キンク変形による結晶回転量(キンクの強度)などに,底面すべりに伴うひずみ硬化の大きさ,塑性流動応力の大きさ,結晶方位揺らぎの大きさ等様々な因子が関与することが分かった.また,キンクの形成に伴って圧縮荷重の負担能力が急速に低下する不安定変形現象が観察された一方,キンク領域が多数形成されたLPSO材料では,キンク境界が底面すべりの伝播を阻止するために,試料全体としての加工硬化率の上昇につながること等が明らかにされた.すなわち,LPSO相単結晶にc軸にほぼ垂直な方向に圧縮負荷が加わると,不安定な変形現象としてのキンク変形が生ずる一方,キンク界面を高頻度に含むLPSO相は,引張負荷などに対しては逆に高いひずみ硬化をもたらす因子となる可能性が示された.
なお,本研究を進めるにあたり,昨年度において整備したソフトウエアおよび計算機ハードウエア環境の補強を行い,大規模問題にも対応可能とした.

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

当初の研究目的としてあげた項目すなわち,原子シミュレーションでは,ひずみ速度が小さな場合の計算を行い,変形過程の詳細を検討すること,すべりにおける転位対生成の活性化エネルギーを検討すること,積層周期が変形挙動に及ぼす影響などについても検討すること,結晶塑性解析では,LPSO相に生ずるすべりの加工硬化特性とキンク形成の関係の詳細を明らかにすること,また,微視組織における初期不整や負荷状態がキンク変形発現へどのような影響を与えるかを調査すること,大規模・高速解析の検討も進めることなどは順調に検討を進めた.一方,複数のLPSO相領域間の力学相互作用の様相に関する検討すなわち,LPSO構造を有する単結晶を多結晶に拡張し,結晶粒内のキンクバンド形成に及ぼす粒拘束や結晶方位の影響に関する調査は未着手となった.

今後の研究の推進方策

1.分子動力学法を用いた検討:非底面すべり系における転位生成の活性化自由エネルギーの評価を行い,キンク変形過程における非底面転位の活動可能性について検討する.また添加元素をモデル化して導入することで,濃度変調が変形挙動に与える影響について検討を行う.
2.結晶塑性理論による検討:LPSO構造を有する単結晶を多結晶に拡張し,結晶粒内に複数のキンクバンドが形成される様子を再現するとともに,粒拘束や結晶方位がキンクバンド形成に及ぼす影響について調査する.また初期変動を含まないケースの解析を実施することにより,キンク変形の力学に関する詳細かつより一般的な検討を行う.
回位の離散的描像であるフランクベクトルと連続的描像である不適合度の関係を明らかにするとともに,キンク境界における不適合度分布と回位ダイポール形成との関係をさらに調査し,回位ダイポールテンソルの定義について検討する.また,キンク変形現象を「回位場の形成」現象に抽象化することの可能性について検討を開始する.
公募班のマイクロ試験片によるLPSO単結晶に対する引張試験結果から得られる各すべり系のCRSS値を入手し,これまで未確定であった非底面系のCRSSを用いて計算する場合,底面系の初期角度不正がどの程度必要かを再検討する.また,LPSO相に生ずる底面すべりの特徴とキンク変形模様の強弱との関係を明らかにする.さらに汎用構造解析ソフトLS-DYNAにおいて転位-結晶塑性モデル部分を計算するためのユーザサブルーチン構築を継続する.

  • 研究成果

    (48件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (39件) (うち招待講演 12件)

  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Analyses of Deformation Behavior of Long-Period-Stacking-Ordered Structures2013

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumoto, M. Uranagase, N. Miyazaki
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 54 ページ: 686-692

    • DOI

      10.2320/matertrans.MI201211

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Activation Free Energy of Nucleation of a Dislocation Pair in Magnesium2013

    • 著者名/発表者名
      M. Uranagase, S. Kamigaki, R. Matsumoto, N. Miyazaki
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 54 ページ: 680-685

    • DOI

      10.2320/matertrans.MI201213

    • 査読あり
  • [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, K. Shizawa
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 46 ページ: 0

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2012.12.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evolution of Dislocation Patterns in a Tricrytal Model Subjected to Cyclic Loading2013

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Ohashi and Ryouji Kondou
    • 雑誌名

      Philosohical Magazine

      巻: 93 ページ: 366-387

    • DOI

      10.1080/14786435.2012.721017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 双晶の組織形成を考慮したHCP結晶に対する転位-結晶塑性モデリングおよびシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      近藤瑠歩,只野裕一,志澤一之
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 1157-1172

    • DOI

      10.1299/kikaia.78.1157

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation on Nanostructured Metals Based on Multiscale Crystal Plasticity Considering Effect of Grain Boundary2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyagi, T. Shimokawa, K. Shizawa, Y. Kaji
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 706-709 ページ: 1751-1756

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.706-709.1751

    • 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,青柳吉輝,志澤一之
    • 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] 再結晶現象に対するPhase-Fieldモデルの保存則に基づく構築2012

    • 著者名/発表者名
      村松眞由,志澤一之
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 1065-1078

    • DOI

      10.1299/kikaia.78.742

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Mixture Rule to Finite Element Simulation for Forging of Mg-Zn-Y Alloys with Long Period Stacking Ordered Structure2012

    • 著者名/発表者名
      Ryo Matsumoto, Masaaki Otsu, Michiaki Yamasaki, Tsuyoshi Mayama, Hiroshi Utsunomiya, Yoshihito Kawamura
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering A

      巻: 548 ページ: 75-82

    • DOI

      10.1016/j.msea.2012.03.088

    • 査読あり
  • [学会発表] Crystal Plasticity Analysis of Basal Slip Localization in Single Crystal Magnesium with LPSO Structure during Compressive Loading2013

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Mayama, Tetsuya Ohashi, Yuichi Tadano
    • 学会等名
      Materials Science Technology 2013 Conference Exhibition (MST'13)
    • 発表場所
      Palais des congres de Montreal, Montreal, Quebec Canada
    • 年月日
      2013-10-27 – 2013-10-31
  • [学会発表] Deformation Behavior of LPSO Phase and Zn Accompanied by Kink Band Froamation2013

    • 著者名/発表者名
      Koji Hagihara,Yoshihiro Fukusumi, Michiaki Yamasaki, Ryosuke Matsumoto, Masahito Honnami, Hitoshi Izuno, Takayoshi Nakano, Yoshihito Kawamura
    • 学会等名
      8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing (PRICM-8)
    • 発表場所
      Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, Hawaii
    • 年月日
      2013-08-04 – 2013-08-09
  • [学会発表] LPSO構造中に生じる転位運動の原子モデル解析2013

    • 著者名/発表者名
      松本龍介,浦長瀬正幸,宮崎則幸
    • 学会等名
      第18回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2013-05-17 – 2013-05-17
  • [学会発表] マグネシウム結晶中での転位生成の活性化自由エネルギー解析2013

    • 著者名/発表者名
      浦長瀬正幸,神垣沙奈,松本龍介,宮崎則幸
    • 学会等名
      第18回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2013-05-17 – 2013-05-17
  • [学会発表] 転位依存の結晶塑性モデル2013

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也
    • 学会等名
      第62 回理論応用力学講演会(NCTAM2013)
    • 発表場所
      東京工大
    • 年月日
      2013-03-07 – 2013-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 長周期積層構造相単結晶試料のキンク変形に関する力学解析2013

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也
    • 学会等名
      日本金属学会分科会シンポジウム「シンクロ型LPSO構造の材料科学」
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-01-28 – 2013-01-28
    • 招待講演
  • [学会発表] Crystal plasticity analysis of intergranular misorientation development in magnesium alloy with suppression of twinning2013

    • 著者名/発表者名
      T. Mayama and T. Ohashi
    • 学会等名
      2013 International Plasticity Symposium, Plasticity 2013
    • 発表場所
      Nassau, Bahama
    • 年月日
      2013-01-03 – 2013-01-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Crystal plasticity approach for mechanical response of two phase alloys with dispersion of fine paticles2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi, Y. Okuyama
    • 学会等名
      2013 International Plasticity Symposium, Plasticity 2013
    • 発表場所
      Nassau, Bahama
    • 年月日
      2013-01-03 – 2013-01-08
    • 招待講演
  • [学会発表] A Simulation for Deformation Twinning Based on Crystal Plasticity and Phase-field Models2012

    • 著者名/発表者名
      R. Kondo, Y. Tadano, K. Shizawa
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Designing, Processing and Properties of Advanced Engineering Materials (ISAEM-2012)
    • 発表場所
      Loisir Hotel Toyohashi, Toyohashi, Japan
    • 年月日
      2012-11-05 – 2012-11-08
  • [学会発表] Crystal Plasticity Finite Element Analysis of Intragranular Misorientation Development in LPSO Structure2012

    • 著者名/発表者名
      T. Mayama, T. Ohashi and Y. Tadano
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Designing, Processing and Properties of advanced Engineering Materials, ISAEM-2012
    • 発表場所
      Toyohashi
    • 年月日
      2012-11-05 – 2012-11-08
  • [学会発表] Crystal plasticity analysis for generation of dislocation patterns in a tricrystal model subjected to cyclic load2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi, R. Kondou
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Designing, Processing and Properties of advanced Engineering Materials, ISAEM-2012
    • 発表場所
      Toyohashi, Japan
    • 年月日
      2012-11-05 – 2012-11-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomistic Study of Kinking Deformation and Dislocation Activities in Long-Period Stacking Ordered Phases2012

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumoto, S. Kamigaki, M. Uranagase, N. Miyazaki
    • 学会等名
      ISAEM-2012
    • 発表場所
      Loisir Hotel Toyohashi
    • 年月日
      2012-11-03 – 2012-11-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Intragranular Misorientation in Magnesium with LPSO Structure During Compressive Loading2012

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Mayama, Tetsuya Ohashi and Yuichi Tadano
    • 学会等名
      The 7th Pan-Yellow Sea Rim (YSR7) International Symposium on Magnesium Alloys
    • 発表場所
      Shenyang, China
    • 年月日
      2012-10-14 – 2012-10-18
  • [学会発表] GN転位-結晶塑性FEM解析によるMg基LPSO相におけるキンクバンド形成機構の検討2012

    • 著者名/発表者名
      田尻聡太郎, 上田亮, 只野裕一, 志澤一之
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド計算科学センタービル,神戸
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-09
  • [学会発表] 原子モデルを用いた有限温度におけるマグネシウム単結晶中の転位対生成解析2012

    • 著者名/発表者名
      神垣沙奈,松本龍介,浦長瀬正幸,宮崎則幸
    • 学会等名
      日本機械学会(第25回計算力学講演会) ポスターセッション
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド南地区
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] hcp構造と長周期積層構造の変形挙動に関する原子モデル解析2012

    • 著者名/発表者名
      松本龍介,浦長瀬正幸,宮崎則幸
    • 学会等名
      日本機械学会(第25回計算力学講演会)
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド南地区
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] U形ノッチの先端から放出される幾何学的に必要な転位の数値解析2012

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也,佐藤満弘,小林辰徳,斉藤知明,板尾聖也
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      甲南大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 微細積層構造に生じる弾塑性変形の有限要素解析2012

    • 著者名/発表者名
      高橋宏輔,大橋鉄也,リディアナ・ロスラン,佐藤満弘
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      甲南大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] 第2相粒子を含む金属材料中の転位蓄積と加工硬化の結晶塑性解析2012

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也,奥山彫夢
    • 学会等名
      日本機械学会第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      甲南大学
    • 年月日
      2012-10-06 – 2012-10-08
  • [学会発表] An Investigation on Mechanism of Kink-band Formation in Mg-based LPSO-phase by Dislocation-crystal Plasticity FE Analysis2012

    • 著者名/発表者名
      R. Ueta, Y. Tadano, K. Shizawa
    • 学会等名
      International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials 2012 (LPSO2012)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study of Kinking Deformation of LPSO Phases2012

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumoto, N. Miyazaki
    • 学会等名
      International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials 2012, Poster session
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] Atomistic Study of Dislocation Nucleation in Magnesium Single Crystal at a Finite Temperature2012

    • 著者名/発表者名
      M. Uranagase, S. Kamigaki, R. Matsumoto, N. Miyazaki
    • 学会等名
      International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials 2012, Poster session
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] Development of Variation of Crystal Orientation in Magnesium with LPSO Structure During Compressive Loading2012

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Mayama, Tetsuya Ohashi, Y.Tadano
    • 学会等名
      LPSO2012
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] Crystal plasticity analysis of slip deformation and kinking in LPSO phase2012

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Ohashi, Tsuyoshi Mayama, Kenji Matsumoto
    • 学会等名
      LPSO2012
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] マグネシウム合金の長周期積層構造相における底面すべり系変形の加工硬化特性とキンク形成2012

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也,松本賢治,眞山剛
    • 学会等名
      日本機械学会材料力学部門2012年度講演会,MM2012
    • 発表場所
      愛媛大学,松山
    • 年月日
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [学会発表] Phase-field理論による双晶の組織形成を連成させたMg単結晶の転位-結晶塑性FEM解析2012

    • 著者名/発表者名
      近藤瑠歩, 只野裕一, 志澤一之
    • 学会等名
      日本機械学会MM2012材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      愛媛大学,松山
    • 年月日
      2012-09-21 – 2012-09-24
  • [学会発表] Multiphysics modeling of deformation twinning in HCP metals based on phase-field approach2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Tadano, R. Kondo, K. Shizawa
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium on CM CAE 2012
    • 発表場所
      Kanazawa University, Kanazawa, Japan
    • 年月日
      2012-09-12 – 2012-09-12
    • 招待講演
  • [学会発表] LPSO構造におけるキンク形成と回位密度に関する転位-結晶塑性解析2012

    • 著者名/発表者名
      志澤一之, 只野裕一
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス,金沢
    • 年月日
      2012-09-09 – 2012-09-12
  • [学会発表] 高強度マグネシウム合金のLPSO相における変形特性の結晶塑性解析2012

    • 著者名/発表者名
      大橋鉄也
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2012-09-09 – 2012-09-12
    • 招待講演
  • [学会発表] A continuum mechanics approach to slip deformation and dislocation accumulation in metal microstructures2012

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Ohashi
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium on CM CAE 2012
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2012-09-09 – 2012-09-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 長周期積層型マグネシウム合金の塑性変形に伴う結晶方位変動2012

    • 著者名/発表者名
      眞山 剛、山崎倫昭、田代哲也、河村能人
    • 学会等名
      日本機械学会MM若手シンポジウム2012
    • 発表場所
      函館KKR
    • 年月日
      2012-08-11 – 2012-08-12
  • [学会発表] Molecular dynamics analyses of deformation behavior of long-period stacking order phases2012

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumoto, N. Miyazaki
    • 学会等名
      10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM2012)
    • 発表場所
      Sao Paulo, Brazil
    • 年月日
      2012-07-08 – 2012-07-13
  • [学会発表] Lattice rotation in magnesium with LPSO structure subjected to compressive loading2012

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Mayama, Tetsuya Ohashi, Y.Tadano
    • 学会等名
      Mg2012: 9th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications
    • 発表場所
      Vancouver, Canada
    • 年月日
      2012-07-08 – 2012-07-12
  • [学会発表] Comparison of experimental and numerical results of stress-strain curves of two-phase alloys with dispersion of nano-meter sized particles2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi and Y. Okuyama
    • 学会等名
      CMCn 2012
    • 発表場所
      Bad Honnef, Germany
    • 年月日
      2012-06-27 – 2012-06-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Comparison of experimental and numerical results of stress-strain curves of two-phase alloys with dispersion of nano-meter sized particles2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi and Y. Okuyama
    • 学会等名
      Colloquium on Materials Modelling, IMWF
    • 発表場所
      Stuttgart, Germany
    • 年月日
      2012-06-26 – 2012-06-26
    • 招待講演
  • [学会発表] A Numerical Reproduction of Stress-strain Curves of Two-phase Alloys With Dispersion of Nano-meter Sized Particles2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi
    • 学会等名
      Micromechanics of Advanced Structural Materials - Professor Toshio Mura Memorial Symposium -
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2012-06-07 – 2012-06-08
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたhcp構造と長周期積層構造の変形挙動解析2012

    • 著者名/発表者名
      松本龍介・丸山 俊・宮崎則幸
    • 学会等名
      日本材料学会(第17回分子動力学シンポジウム) ポスターセッション
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2012-06-05 – 2012-06-05
  • [学会発表] 転位蓄積による核生成を考慮したMulti-phase-field理論および転位-結晶塑性論に基づく動的再結晶シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      村松眞由, 佐藤愼一, 志澤一之
    • 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,岡山
    • 年月日
      2012-05-25 – 2012-05-27
  • [学会発表] A Study on Simulation Model of Dynamic Recrystallization Using Multi-phase-field and Dislocation-crystal Plasticity Models2012

    • 著者名/発表者名
      M. Muramatsu, K. Shizawa
    • 学会等名
      Young Investigators Conferences 2012(YIC2012)
    • 発表場所
      Aveiro, Portugal
    • 年月日
      2012-04-24 – 2012-04-27

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公開日: 2018-02-02  

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