| 研究概要 |
溶接や接合に代表されるような,境界と界面の移動を伴う溶融・凝固過程の理論的解明と熱・力学理論の構築を目的として,原子レベルでの分子動力学解析,巨視的レベルでの有限要素解析,およびそれらの中間的スケールでのフェーズフィールドモデル,結晶塑性理論などを用いた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察する体系を整えることができた.具体的には以下のような解析を行った.
(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 溶接部・熱影響部・母材の変形挙動について,Mo.9Cr-1Mo鋼の溶接材を用いて微視的な領域の変形をマイクログリッド法によって測定し,硬さ・組織変化とひずみの相関関係を検討した.その結果,硬さとひずみの間には明確な関係が認められた.
(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析 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,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 溶接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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