| 研究概要 |
複雑な内部微視組織を有する材料の強度解析に関わるマルチスケールな数値解析手法の開発を行うため,本年度はまず,基礎となる微視組織内部における応力解析について,フェーズフィールドモデルを用いたモデル化を行った.従来のフェーズフィールドモデルでは,応力/ひずみとの連成関係を的確に表現したモデルがなく,簡略的に導入したモデルでは変態による体積膨張などの影響が十分に考慮されていない等の点で不完全であるため,これらを改良した連成方程式の定式化を行った.また,その基礎式に基づき,凝固および固相変態過程における応力変化の計算機シミュレーションを行い,体積膨張を伴う相変態では,界面付近に大きな応力が発生することを示した.また,弾性応力解析では再現できなかった残留応力分布を,塑性を考慮したモデルによって再現し,とくに複数の核から変態が起こることによって粒界が形成される場合,粒界に沿って大きな残留応力が生じることを示した.さらに,核生成過程のモデル化についても検討し,バルク溶液中における均質核生成と壁面における不均質核生成をモデル化し,マクロな鋳造組織と同様な微視組織の再現を行った.一方,粒界形成よりさらに小さなスケール,すなわち原子スケールでの解析として,分子動力学法によるNi-Al合金における相変態過程のシミュレーションを行い,温度,応力と相変態の連成に関して考察した.これによって,応力負荷による変形が,加熱による相変態によって元の形状に回復するという,形状記憶効果の再現が可能であることを示した.さらに,結晶粒界のモデル化に関するシミュレーションを行い,粒界を有するモデルに外力を負荷したときの変形挙動および応力変化など,粒界領域における微視的な挙動の解析を行った.次年度は,これらの微視スケールの解析結果と,マクロな解析モデルをリンクさせたマルチスケールモデリングを行う予定である.
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