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2020 年度 実績報告書

ナノメートルでの「切断」の科学:原子シミュレーションによる現象解明とモデル構築

研究課題

研究課題/領域番号 18K18939
研究機関岐阜大学

研究代表者

屋代 如月  岐阜大学, 工学部, 教授 (50311775)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワードナノメートル刃 / 切断 / 分子動力学シミュレーション / 表面エネルギー / 第一原理計算 / 格子不安定性
研究実績の概要

本研究はナノメートルでの「切断」の科学として,材料内に刃先が進入し分離するという現象に焦点を当てて,様々な分子動力学(MD)シミュレーションを行い,ワーク(被削材)の種類や結晶方位,刃先形状,刃先とワークの相互作用,温度など,様々な要因が切断・分離現象(切断面の荒れや離れた場所でのクラック発生など)に及ぼす影響を検討する.
刃を鋭利にしてワークに侵入しやすくすることは,応力集中を極限まで高めて塑性変形を発生しやすくすることである.本年度は原子間ポテンシャルによる切断シミュレーションではなく,より精度の高い第一原理計算によって塑性変形の開始条件を種々の金属材料について評価すべく,格子不安定性に基づく弾性限界ひずみの評価を行った.8種類のfcc金属,4種類のbcc, hcp金属について第一原理計算で一軸引張状態での弾性剛性係数Bij=Δσi/Δεjを評価し,弾性剛性係数マトリクスの固有値(固有方程式BijΔεj=ηΔεiの解)が負になる弾性限界ひずみと,対応する固有ベクトルの変化から,切断シミュレーションで用いたEAMポテンシャルとの対応を議論した.また,これらの金属について(001)表面エネルギーを計算し,他の第一原理計算や実験データと比較した.
また,切断時に生じる異種材料界面の割れを想定して,EAMポテンシャルによる異種材料界面のはく離シミュレーションを行うとともに,第一原理計算で上記のfcc, bcc, hcp16種類の120通りの組み合わせで界面エネルギーを評価した.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Fe/NiおよびFe/Pd/Niの(001)界面破壊の分子動力学シミュレーションと原子弾性剛性係数マトリクスの固有ベクトルによる変形モード解析2021

    • 著者名/発表者名
      中村和康,屋代如月,内藤圭史
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 87 ページ: 21-00046

    • DOI

      10.1299/transjsme.21-00046

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study on atomic elastic stiffness at mode I crack along bi-metal interface2020

    • 著者名/発表者名
      K. Yashiro
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society A

      巻: 379 ページ: 20200124

    • DOI

      10.1098/rsta.2020.0124

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic Elastic Stiffness Analysis to Predict Twinning in Fe Single Crystal under Shear2020

    • 著者名/発表者名
      K. Yashiro, S. Tsuchiya and K. Naito
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 183 ページ: 109804

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2020.109804

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 剛体Fe刃によるNi/Cuへの押し込み切断の分子動力学シミュレーション(刃とワークの表面構造の組み合わせに着目した検討)2020

    • 著者名/発表者名
      屋代如月,本多俊介, 寺田稜, 内藤圭史
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 86 ページ: 20-00061

    • DOI

      10.1299/transjsme.20-00061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deformation Mode Analysis by Eigenvectors of Atomic Elastic Stiffness in Static Uniaxial Tension of Various FCC, BCC, and HCP Metals2020

    • 著者名/発表者名
      K. Yashiro
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 035301

    • DOI

      10.1063/1.5141015

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 原子弾性剛性係数の固有値・固有ベクトルによる局所格子不安定性解析:双晶変形発生時の周期不安定構造の検証2021

    • 著者名/発表者名
      土屋周平,屋代如月,内藤圭史
    • 学会等名
      TOKAI ENGINEERING COMPLEX 2021 (TEC21)東海支部第70期総会・講演会
  • [学会発表] Deformation Mode Analysis by Eigenvalue/vectors of Atomic Elastic Stiffness: Application to Twin Deformation in Fe2020

    • 著者名/発表者名
      K. Yashiro, S. Tsuchiya and K. Naito
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2020
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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