| 研究課題/領域番号 |
17H01238
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
尾方 成信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)
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| 研究分担者 |
石井 明男 (シャードンバオ) 大阪大学, 基礎工学研究科, 特任講師(常勤) (80773340)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 強度と延性 / 塑性変形 / 変形素過程 / 電子・原子論 / 熱活性化解析 |
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| 研究実績の概要 |
構造物を構成する構造材料には強度と延性と靱性が高次元でバランスすることが要求されるが、強度と延性・靱性は一般的にトレードオフの関係にある。本研究の目的は、このトレードオフ関係を打ち破る指針を与える普遍的な学理を構築し、その指針に基づき実際に材料を創製し、学理を実証することにある。そのためのひとつの題材として、昨年度は、初年度の研究で特に興味深い挙動を示したMg金属中の{10-12}双晶核生成およびその成長過程を対象として、その熱活性化頻度の応力、温度、活性化場所依存性を、分子動力学法、および加速分子動力学法を用いて定量的に解析し、それらのデーターベース化を実施した。しかし、昨年度までは準２次元モデルを用いていたため、実際の双晶境界の移動素過程の振る舞いを幾何学的に完全に捉えることができていない可能性や、さらには、移動素過程の活性化自由エネルギーの温度依存性を絶対0度で解析値を使ったモデル式を用いて予測していたため、温度依存性が正しく評価されていない可能性があった。そこで本年度は、モデルを３次元モデルに拡張し、加えて、有限温度での活性化自由エネルギーを直接求めることができるprojected average force integrator (PAFI) methodを新たに用いることで、双晶変形に必要なマクロな臨界応力とその温度およびひずみ速度依存性を解析することに成功した。その過程で、双晶境界の移動、すなわち双晶の成長は双晶面上にキンクループが核生成しそれが広がることで実現されていることを明らかにした。また、活性化エネルギーの温度依存性から、活性化エントロピーの温度依存性が高温で顕著になることを発見した。これらの成果により、塑性変形素過程の活性化体積、活性化エントロピーを原子論から得ることができるようになった。さらには、新しい活性化パラメータである活性化超過粒子数の概念を提案し、その妥当性についての検証を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Mg双晶の解析の３次元化に伴って、やや予定より時間がかかったが、その一方で、活性化エントロピーの温度依存性に関する知見の獲得や、活性化超過粒子数の提案など予想以上に新しい成果をあげることができており、全体として順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、今回新たに提案した活性化超過粒子数の概念の妥当性を原子論的な解析に基づいて検証する。それが成功すれば、任意の塑性変形素過程の３つの活性化パラメータ、すなわち、活性化体積、活性化エントロピー、活性化超過粒子数を原子論的な解析により得ることができるようになる。その後、これらの活性化パラメータを用いた動的な応力ひずみ関係式（構成式）の構築を行い、最終的には、強度と延性のトレードオフを打ち破るための普遍的材料設計指針の構築につなげる。
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