| 研究概要 |
溶融・凝固過程における力学的挙動について,原子レベルでの分子動力学解析と,巨視的レベルでの有限要素解析の他,それらの中間的スケールでの挙動を調べるため,フェーズフィールド法や結晶塑性理論に基づいた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察できる体系を整えることができた.具体的には,以下に示す(1)(2)によって微視的および巨視的立場からの考察を行い,(3)(4)によってそれらをつなぐ中間スケールでの解析を行った.
(1)分子動力学法による微視的解析 固液界面における原子の動きを解析し,固液界面の安定性,結晶方位による界面エネルギーの相違などを求めた.また,結晶成長過程について,その成長方位と界面エネルギーの関係について考察し,優先的に成長する方位を明らかにした.
(2)溶接熱影響部の力学的特性 Mod.9Cr-1Mo鋼の溶接部材を用いて,熱影響部の組織観察,硬度測定および引張り試験による変形挙動を調べ,それらの相関を明らかにした.
(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析 (1)の分子動力学解析によって求められた物性値および異方性を考慮したパラメータを導入してフェーズフィールドモデルによる結晶成長過程の解析を行い,その異方性や変態潜熱の組み合わせによって,実験で観察されるようなデンドライト形状が現れることを明らかにした.また,それによって,デンドライトの成長過程を動的に再現することができ,定常成長に至るまでの初期現象など,実験的には測定が困難な現象について考察した.
(4)結晶塑性理論に基づく有限要素解析 (2)の熱影響部での変形挙動を解析するため,結晶塑性理論に基づく有限要素解析を行い,結晶粒のサイズや異方性を導入したモデルを用いることによって,実験結果と一致する結果を得た.これによって,(2)で得られた相関関係を理論的に裏付けることができた.
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