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2015 年度 実績報告書

数理形態学と階層構造科学の融合による積層構造体の力学特性発現機構の解明

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 23109010
研究機関大阪大学

研究代表者

中谷 彰宏  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50252606)

研究分担者 中島 英治  九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (80180280)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2016-03-31
キーワード格子欠陥 / 構造・機能材料 / 透過型電子顕微鏡 / 変形帯力学 / 非線形力学
研究実績の概要

本計画研究では、実験・計測科学と計算力学の融合研究によって、シンクロ型 LPSO構造を起源とする物質系の力学特性と変形メカニズムを解明し、高次不整合を媒介とする新しい理論体系を確立する。そして、そのさらなる普遍化・体系化により、新しい変形・力学理論の構築を行うことを目的としている。
平成27年度は、Mg-6at%Zn-9at%Y一方向凝固材と、Mg-7at%Zn-8at%Y一方向凝固材に加えて、MAX相セラミック材料(Ti3SiC2焼結体)に対して、薄片4点曲げ試験を行い、その変形挙動を組織観察と結晶方位解析により評価した。Mg-6at%Zn-9at%Y一方向凝固材では圧縮応力側でキンク帯の形成が観察され、キンク帯の成長に対して高角粒界が抵抗となることが明らかになった。一方、Ti3SiC2焼結体では主として粒界を経路とする破壊が観察された。
このような実験で観察されるキンク帯の結晶学的な方位と近傍に形成される格子不整合の観察結果を表現する理論モデルについてディスカッションを行った。キンク変形の素過程が、理想的な場合に回位双極子で記述できることを明らかにし、一方で、はく離や非底面すべりなどに対応する変形は、面内刃状ソミグリアナ転位双極子がつくる応力場であることを理論的に明らかにした。以上の理論的考察に基づき、ばね質点モデルを用いて層間のすべりと層間のはく離を同時に扱う手法を提案し、積層構造体の圧縮変形シミュレーションを行った。その結果を踏まえて、キンクの形成機構に対する物理モデルを提案した。また材料不安定性の観点からキンク変形をとらえ、幾何学的な条件が力学特性に与える影響を明らかにした。また引き続きキンク発生条件などとも関係すると思われるエネルギーが局在する非線形局在振動について理論解析を行った。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 15件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Analysis of kink deformation and delamination behavior in layered ceramics2016

    • 著者名/発表者名
      X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 雑誌名

      Journal of the European Ceramic Society

      巻: 36 ページ: 2311-2317

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2015.12.054

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A deformation mechanism for ridge-shaped kink structure in layered solids2015

    • 著者名/発表者名
      X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 雑誌名

      Transaction of the American Society of Mechanical Engineers (ASME) Journal of Applied Mechanics

      巻: 82 ページ: 071016(1-6)

    • DOI

      10.1115/1.4030328

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of Kink Boundaries in Deformed Synchronized Long-Period Stacking Ordered Magnesium Alloys2015

    • 著者名/発表者名
      H. Gao, K. Ikeda, T. Morikawa, K. Higashida, H. Nakashima
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 149 ページ: 30-33

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2015.01.136

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supertransmission channel for an intrinsic localized mode in a one-dimensionalnonlinear physical lattice2015

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, T. Nakaguchi, T. Ishikawa, S. Shige, Y. Soga, Y. Doi, A. J. Seivers
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 25 ページ: 103122

    • DOI

      10.1063/1.4933329

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 面外変形により伸長するキリガミ構造体の力学シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      松永慎太郎、LEI Xiao-Wen、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部 第91期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪電気通信大学
    • 年月日
      2016-03-11 – 2016-03-12
  • [学会発表] 局所振動子を有するメタマテリアルに基づいた準一次元非線形格子モデルの動力学特性2016

    • 著者名/発表者名
      東山直樹、LEI Xiao-Wen、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部 第91期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪電気通信大学
    • 年月日
      2016-03-11 – 2016-03-12
  • [学会発表] 基準配置上で拘束を有する膜構造体のエネルギー最小化原理に基づく形態解析2016

    • 著者名/発表者名
      松岡 興二、LEI Xiao-Wen、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部 第91期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪電気通信大学
    • 年月日
      2016-03-11 – 2016-03-12
  • [学会発表] トポロジカル欠陥構造の配置に注目した曲面の形態に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木脩、LEI Xiao-Wen、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部 平成27年度学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪電気通信大学
    • 年月日
      2016-03-10 – 2016-03-10
  • [学会発表] Structure and mobility of discrete breathers in a symmetric potential lattice2015

    • 著者名/発表者名
      土井祐介
    • 学会等名
      日本物理学会 北陸支部特別講演会 (移動する非線形局在振動に関する研究会)
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-08
  • [学会発表] Nonlinear Vibration Property of Local Resonators in Dynamics of an Acoustic Metamaterial2015

    • 著者名/発表者名
      N. Higashiyama, Y. Doi, A. Nakatani
    • 学会等名
      2015 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2015-12-01 – 2015-12-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of Discrete Breathers in Carbon Nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Doi, A. Nakatani
    • 学会等名
      2015 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2015-12-01 – 2015-12-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 対称格子系における離散ブリーザーのダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      土井祐介、吉村和之
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会「非線形波動現象の数理に関する最近の進展」
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2015-10-14 – 2015-10-16
  • [学会発表] Deformation Behavior of LPSO Phase in Mg-Zn-Y Alloy by Four-Point Bending Test using a Thin Sheet2015

    • 著者名/発表者名
      K. Ikeda, R. Nishio, H. Gao, S. Hata, H. Nakashima, S. Miura
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristic of Kink Deformation in Synchronized LPSO Mg Alloys2015

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima, H. Gao, K. Ikeda, T. Morikawa, K. Higashida
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Dislocation around Kink Boundaries of Long-Period Stacking Ordered Mg-Zn-Y Alloy2015

    • 著者名/発表者名
      H. Gao, K. Ikeda, T. Morikawa, K. Higashida, H. Nakashima
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Distribution of Plastic Strain around Kink Bands in LPSO Mg Alloy2015

    • 著者名/発表者名
      T. Morikawa, S. Higuchi, R. Noguchi, K. Higashida, X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 回位理論によるキンク変形の形成機構2015

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏、LEI Xiao-Wen
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回計算力学講演会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2015-10-10 – 2015-10-12
  • [学会発表] ナノ構造炭層材料の欠陥構造変化の最小エネルギー経路に関する解析2015

    • 著者名/発表者名
      LEI Xiao-Wen、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回計算力学講演会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2015-10-10 – 2015-10-12
  • [学会発表] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードの線形安定性解析2015

    • 著者名/発表者名
      土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回計算力学講演会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2015-10-10 – 2015-10-12
  • [学会発表] Stability analysis of discrete breathers in carbon nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Doi, A. Nakatani
    • 学会等名
      International Workshop “Discrete Breathers in Crystals”
    • 発表場所
      Ufa, Russia
    • 年月日
      2015-09-21 – 2015-09-25
    • 国際学会
  • [学会発表] 積層構造体のリッジ形キンク変形帯の形成機構2015

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏、LEI Xiao-Wen
    • 学会等名
      日本金属学会 2015年(第157回)秋期講演大会S5キンク変形ダイナミクス
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
    • 招待講演
  • [学会発表] アコーディオンキンクモデルを用いたキンク変形帯の形成と強化機構の解析2015

    • 著者名/発表者名
      LEI Xiao-Wen、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本金属学会 2015年(第157回)秋期講演大会S5キンク変形ダイナミクス
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] シンクロ型LPSO構造相を有する結晶性材料の薄片4点曲げ試験による変形挙動評価2015

    • 著者名/発表者名
      池田賢一、西尾理恵、高紅叶、波多聰、中島英治、三浦誠司
    • 学会等名
      日本金属学会2015年(第157回)秋期講演大会 S5キンク変形ダイナミクス
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] Dislocation around kink boundaries of long-period stacking ordered Mg alloy2015

    • 著者名/発表者名
      高紅叶、池田賢一、森川龍哉、東田賢二、中島英治
    • 学会等名
      日本金属学会2015年(第157回)秋期講演大会 S5キンク変形ダイナミクス
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] 回位双極子を用いたキンク変形理論と応力解析2015

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏、LEI Xiao-Wen
    • 学会等名
      日本機械学会 2015年度年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2915-09-16
  • [学会発表] 格子力学モデルを用いたカーボンナノチューブの5-7欠陥対の相互作用に関する検討2015

    • 著者名/発表者名
      LEI Xiao-Wen、河原永也、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会 2015年度年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Mobility of discrete breathers in symmetric lattices2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Doi
    • 学会等名
      10th Workshop on Energy Localization in Nonlinear Lattices
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-09-05 – 2015-09-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of distribution between stress and couple stress on Saint-Venant's decay rates for micropolar elastic solids in pure bending2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ishimaru, A. Nakatani
    • 学会等名
      6th International Conference on Computational Methods
    • 発表場所
      Auckland, New Zealand
    • 年月日
      2015-07-14 – 2015-07-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Microdynamics modeling for kink deformation and delamination in multilayered solid2015

    • 著者名/発表者名
      X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 学会等名
      6th International Conference on Computational Methods
    • 発表場所
      Auckland, New Zealand
    • 年月日
      2015-07-14 – 2015-07-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Deformation of ridge-shape kink structure as material instability2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nakatani, X.-W. Lei
    • 学会等名
      9th European Solid Mechanics Conference
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A continuum mechanics analysis of lattice defects in carbon nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 学会等名
      9th European Solid Mechanics Conference
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of kink deformation in layered structures using lattice defect model2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nakatani, X.-W. Lei
    • 学会等名
      Modelling and Simulation Meet Innovation in Ceramics Technology
    • 発表場所
      Trento, Italy
    • 年月日
      2015-07-01 – 2015-07-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of kink deformation behavior in multilayered solid considering debonding2015

    • 著者名/発表者名
      X.-W. Lei, A. Nakatani
    • 学会等名
      Modelling and Simulation Meet Innovation in Ceramics Technology
    • 発表場所
      Trento, Italy
    • 年月日
      2015-07-01 – 2015-07-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Mathematical foundation of kink deformation in layered solids2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nakatani, X.-W. Lei
    • 学会等名
      The International Conference “Advanced Materials Week – 2015”
    • 発表場所
      St. Petersburg, Russia
    • 年月日
      2015-06-15 – 2015-06-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mg-Zn-Y系合金の変形挙動2015

    • 著者名/発表者名
      西尾理恵、高紅叶、池田賢一、波多聰、中島英治
    • 学会等名
      日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部 共催 平成27年度合同学術講演大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2015-06-06 – 2015-06-06
  • [学会発表] 双安定格子モデルを用いたエネルギー局在による構造変化ダイナミクスの検討2015

    • 著者名/発表者名
      品川徹、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本材料学会 第20回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-22
  • [学会発表] カーボンナノチューブの欠陥対の安定性解析2015

    • 著者名/発表者名
      河原永也、LEI Xiao-Wen、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本材料学会 第20回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-22
  • [学会発表] 小自由度原子系の構造転移ダイナミクスの動力学解析2015

    • 著者名/発表者名
      岡本和大、土井祐介、中谷彰宏
    • 学会等名
      日本材料学会 第20回分子動力学シンポジウム
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-22
  • [学会発表] 薄片4点曲げ試験を用いたMg-Zn-Y系合金の変形挙動の評価2015

    • 著者名/発表者名
      池田賢一、西尾理恵、高紅叶、波多聰、中島英治、三浦誠司
    • 学会等名
      軽金属学会第128回春期大会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-05-16 – 2015-05-17

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公開日: 2017-01-06  

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