研究課題/領域番号 |
17K18827
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研究機関 | 大阪大学 |
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, 助教 (80773340)
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研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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キーワード | 疲労 / ナノワイヤ / 分子動力学解析 / 格子欠陥 |
研究実績の概要 |
最先端の計算材料力学および計算材料科学的手法を用いて疲労シミュレーションを実施し、疲労現象のサイズ依存性を実験に先駆けて予測することが本研究の目的である。昨年度はサブミクロンサイズの材料モデル中に転位組織が形成される様子を新たに開発した離散転位動力学法によって解析した。今年度は材料サイズ依存性の詳細をさらに明らかにするために、材料サイズをさらに小さくナノサイズにして、疲労現象に変化がみられるかについて検討を行った。具体的には、ナノワイヤ材料の原子モデルを構築し、これに対して、分子動力学解析を用いて繰り返し荷重を負荷し、その際の内部の欠陥場の発展状況について、原子レベルでの詳細な観察を行った。ナノワイヤの原子モデルには繰り返し荷重を負荷する前に予ひずみを与えて、転位や積層欠陥などの初期欠陥を導入した。繰り返し負荷解析の結果、負荷が比較的小さい場合には、もともと予ひずみによって導入された欠陥密度が過飽和であることから、負荷が進むと共に、存在した転位、積層欠陥、双晶境界などが消滅し、材料は繰り返し負荷に対してきわめて安定的に振る舞うようになることがわかった。その一方で、負荷が大きい場合には、負荷によって消滅する欠陥と新たに生成する欠陥があり、初期には欠陥密度が一定に保たれるが、次第に欠陥密度が増加する様子が観察された。材料サイズをナノレベルにすることにより疲労のメカニズムが大きく変化することが予測された。
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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
材料サイズをナノにした場合の疲労現象に関する新たな知見を得ており順調であると考える。
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今後の研究の推進方策 |
今後、ナノ材料のサイズを変更させて、疲労メカニズムが変化する臨界サイズを特定したい。また、繰り返し負荷回数をさらに増加させて、長期的な材料の疲労現象について検討したい。
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次年度使用額が生じた理由 |
疲労解析に使用する計算機を購入する予定であったが、解析対象に対して大型計算機の利用が効率的であったため、大型計算機センターで行った。このため、当初予定 していた計算機を導入する必要性がなくなった。未使用額および次年度使用額分については主に謝金として使用し、最終年度における研究を加速する。
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