分子動力学法を用いた二元系非晶質合金の力学特性評価と破壊機構の解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750087
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 中谷 敬子 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (60295714)
• キーワード: 分子動力学法 / アモルファス / Cu-Zr / ポテンシャル / 合金系 / 力学特性 / 変形 / 破壊

研究概要

アモルファス合金は、低い剛性にも関わらず、静的強度、衝撃破壊強度、疲労強度、いずれも大きいというその特徴をもち、その製品の開発が進んでいる。申請者は、鉄単元系アモルファス金属の理想化されたモデルに対して、分子動力学シミュレーションを実施し、その変形挙動、破壊機構が、結晶とは全く異なっており、その違いは、原子レベルの構造とその変化の違いから生じていることを明らかにしてきた。しかしながら、現実に存在する複数種類の原子を含む合金系では、その原子構造が有しているオーダーリングの複雑さのために、単元系に対する知識がそのまま通用するかどうかはわかっていない。一方、アモルファス合金の解析については、銅ジルコニウム(Cu-Zr)合金について、二、三の原子レベルシミュレーションがなされているが、合金系の原子間ポテンシャルのパラメータに単元系の値を平均したものを用いているなどの点で曖昧さを有している。また、損傷/破壊に対するメカニズムはまだ十分に明らかにされていない。このような経緯から、本研究では、実験データが豊富な銅-ジルコニウム(Cu-Zr)合金系のアモルファス相に対して分子動力学法を用いてその構造および力学特性、変形・破壊挙動について検討を加えることを目的としている。
この目的達成のために、今年度は、昨年度に開発したポテンシャルをより適切なものへとブラッシュアップした。さらに、作成したポテンシャルを結晶構造に適用し、その相変態や、構造強度の変化を調べることを試みた。
具体的には,(1)幾何学的な原子構造と原子レベルの固有応力,弾性定数の分布等の基礎的データの収集,(2)無負荷および引張予負荷を与えた試験片に対する単軸引張圧縮および二軸引張圧縮試験の分子動力学シミュレーションによる基本力学特性とその変形による損傷についての研究を行なった。得られた成果により、申請者は、(財)日本機械学会から2001年度日本機械学会奨励賞(研究)を授与された。

研究成果

• [文献書誌] K.Nakatani, R.J.Clifton, M.I.Baskes: "Determination of the Parameters of Modified Embedded Atom Method Potential for Cu-Zr Alloy System"Proc. of International Conference on Computational Engineering & sciences, (Adv. in Comp. Eng. & Sci. 2002;ICES02). CD-publishing. 1 (2002)
• [文献書誌] K.Nakatani, R.J.Clifton, M.I.Baskes: "Phonon dispersion curves and Structural stability for CuZr alloy using a New Modified Embedded Atom Method Potential"Proc. of International Symposium for mesoscopic simulation. 1-2 (2002)
• [文献書誌] 中谷彰宏, 下川智嗣, 松本龍介, 中谷敬子, 北川浩: "破壊のメゾスコピックダイナミックスシミュレーションと可視化"(財)日本材料学会破壊力学部門委員会講演会配布資料. 1-8 (2002)
• [文献書誌] 中谷敬子, Clifton, R.J., Baskes, M.I.: "非晶質合金への適用を目的とした新しいEmbedded Atom Methodの開発"第25回NCP研究会・機械の強度と形態研究懇話会(日本機械学会関西支部)NCPシンポジウム論文集. 21-24 (2002)
• [文献書誌] 中谷敬子(受賞): "分子動力学法を用いた非晶質金属の力学特性評価と破壊機構の解明に関する研究"2001年度日本機械学会奨励賞(研究)受賞. (2002)