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2008 年度 実績報告書

凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合したマルチスケール計算破壊力学の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19360044
研究機関大阪大学

研究代表者

中谷 彰宏  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50252606)

研究分担者 土井 祐介  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10403172)
キーワードナノ多結晶体 / 計算力学 / 転位 / 分子動力学法 / 非線形局在モード / 水素拡散 / き裂進展 / 破壊力学
研究概要

本研究課題は、超微小材料そのもの破壊から、超微小材料を構成要素とするマクロ構造やナノ構造材料のマクロ試料の破壊までをシームレスに取り扱う凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合した新しいマルチスケール計算破壊力学理論の構築とその実証を目的としている。本年度は、まず、Alナノ多結晶体中のき裂進展問題に対する分子動力学シミュレーションを実施し、モードI,II型混合モードでのき裂近傍の変形機構を考察した。解析は仮想的にき裂先端を移動させて、小規模降伏の仮定の下で、線形弾性解に基づく変位境界条件で行った。き裂進展と鈍化によるき裂先端形状の変化と、き裂先端近傍に形成されるFPZ内の原子配置データから共通隣接解析により格子欠陥の構造を調べ、欠陥構造の時間発展と力学パラメーターの関係を記述する基礎となるデータを求めた。加えて次の検討を行った。(1)アルミニウムと銅のナノワイヤーのねじり破壊の分子動力学解析を実施し、ひずみ速度の違いによってあらわれる変形の局所化を論じた。(2)ポテンシャルこう配場での水素原子の拡散過程にっいて調べ、拡散理論を組み立てた。(3)Equation Free法によるマルチスケール変形体力学解析のための定式化を行い、解析例を示した。(4)フェーズフィールド法による変形解析のための定式化と解析を行った。具体的には、弾性膜体のトポロジー変化・弾性体と流体の混合体モデル・転位運動の定式化と解析を行った。また、き裂成長モデルにっいての定式化を行い、凝着域モデルとの対応について考察した。(5)非線形局在モードによるエネルギーの局所的な貯蔵と破壊に伴う解放について考察した。以上の結果を踏まえて、ミクロ構造の時間発展からマクロ試料の破壊特性を予測できる凝着域モデルとフェーズフィールド法を融合した計算破壊力学の方法論を定式化し、単純化したモデルを用いて方法の妥当性の検証を行った。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (21件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Translational asymmetry controlled lattice and numerical method for moving discrete breather in four particle system2009

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Doi, Kazuyuki Yoshimura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn. 78(3)

      ページ: 034401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulational instability of zone boundary mode and band edge modes in nonlinear diatomic lattices2009

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Doi, Kazuyuki Yoshimura, Akihiro Nakatani
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E 79

      ページ: 026603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 流体との相互作用を考慮した微小膜構造体の変形シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      國分康朗, 土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(関西支部第84期定時総会講演会) No. 094-1(印刷中)

  • [雑誌論文] Selective excitations of intrinsic localized modes of atomic scales in carbon nanotubes2008

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kinoshita, Yu Yamayose, Yusuke Doi, Akihiro Nakatani, Takayuki Kitamura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 77

      ページ: 024307

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子動力学法によるNi結晶中の水素拡散挙動とその素過程の解析2008

    • 著者名/発表者名
      政家利彦, 土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      材料 57(8)

      ページ: 774-779

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1次元格子系における移動型非線形局在モードの衝突のダイナミクス2008

    • 著者名/発表者名
      土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      信学技報 108(336)

      ページ: 1-5

  • [雑誌論文] 機械工学年鑑(3. 計算力学3.2計算固体力学)2008

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会誌 111(1077)

      ページ: 646-647

  • [雑誌論文] ミクロ・メゾシミュレーシヨンによる結晶粒微細化機構に関する検討2008

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演資料集(2008年度年次大会9) No. 08-1

      ページ: 181-182

  • [雑誌論文] Ni双晶境界近傍における水素拡散過程の分子動力学解析2008

    • 著者名/発表者名
      政家利彦, 土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集 13(2)

      ページ: 571-574

  • [雑誌論文] ねじり変形による結晶粒微細化機構の分子動力学解析2008

    • 著者名/発表者名
      小川隆樹, 木下貴博, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集 13(2)

      ページ: 583-584

  • [雑誌論文] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードと原子間相互作用の非線形性の関係2008

    • 著者名/発表者名
      木下佑介, 白崎大輔, 土井祐介, 中谷彰宏, 北村隆行
    • 雑誌名

      第13回分子動力学シンポジウム講演論文集

      ページ: 27-29

  • [雑誌論文] 結晶格子モデルにおける非線形局在モードの移動性についての検討2008

    • 著者名/発表者名
      土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      第13回分子動力学シンポジウム講演論文集

      ページ: 73-74

  • [雑誌論文] 格子欠陥導入過程の分子動力学解析2008

    • 著者名/発表者名
      木下貴博, 小川隆樹, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      第13回分子動力学シンポジウム講演論文集

      ページ: 105-106

  • [雑誌論文] Ni双晶境界近傍の水素拡散挙動の原子運動論的研究2008

    • 著者名/発表者名
      政家利彦, 中谷彰宏, 土井祐介
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(M&M2008 材料力学カンファレンス) N0. 08-6(CD-ROM)

      ページ: OS0407

  • [雑誌論文] ねじり変形下におけるFCC金属の欠陥構造の時間発展に関する分子動力学解析2008

    • 著者名/発表者名
      小川隆樹, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(M&M2008材料力学カンファレンス) N0. 08-6(CD-ROM)

      ページ: OS0421

  • [雑誌論文] 離散格子欠陥モデルを用いた粒界特性の評価2008

    • 著者名/発表者名
      椋代雄太郎, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(M&M2008 材料力学カンファレンス) No. 08-6(CD-ROM)

      ページ: PS46

  • [雑誌論文] カーボンナノチューブにおける非線形局在モードの励起構造の解析2008

    • 著者名/発表者名
      土井祐介, 白崎大輔, 木下佑介, 中谷彰宏, 北村隆行
    • 雑誌名

      日本物理学会講演概要集(2008年秋季大会) 63(2)

      ページ: 267

  • [雑誌論文] 回位構造単位モデルを用いた粒界エネルギーの評価2008

    • 著者名/発表者名
      椋代雄太郎, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) N0. 8-33

      ページ: 167-168

  • [雑誌論文] 多結晶構造の破壊ダイナミクスのシミュレーション2008

    • 著者名/発表者名
      占部千由, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33

      ページ: 428-429

  • [雑誌論文] バイアスエネルギー場における水素拡散の原子運動論的研究2008

    • 著者名/発表者名
      政家利彦, 中谷彰宏, 土井祐介
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33

      ページ: 450-451

  • [雑誌論文] 原子配列の幾何形状に起因する非線形局在モードの励起に関する研究2008

    • 著者名/発表者名
      土井祐介, 中谷彰宏
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集(第21回計算力学講演会) No. 8-33

      ページ: 452-453

  • [学会発表] Molecular dynamics study of defect structures in fcc nanowire under torsional loading2008

    • 著者名/発表者名
      T. Ogawa and A. Nakatani
    • 学会等名
      International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20081121-24
  • [学会発表] A Multiscale Modeling of Grain Boundary Characteristics in Aluminum2008

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Nakatani, Yutaro Mukudai
    • 学会等名
      International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20081121-20081124
  • [学会発表] Molecular dynamics study of ductile fracture near crack tip field in nanocrystalline aluminu''. International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)2008

    • 著者名/発表者名
      Chiyori Urabe, Takaki Ogawa, Akihiro Nakatani
    • 学会等名
      International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM-2008)
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20081121-20081124
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study of Temporal Evolution of Defect Structures in Fcc Metal Nanowire under Torsional Loading2008

    • 著者名/発表者名
      Takaki Ogawa, Akihiro Nakatani
    • 学会等名
      International Symposium on Structures under Earthquake, Impact, and Blast Loading (IB'08)
    • 発表場所
      Osaka
    • 年月日
      20081010-20081011
  • [学会発表] Study on Deformation of Vesicle Membrane based on Evolution of Topological Defects2008

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Nakatani, Yasuyuki Shobatake
    • 学会等名
      XXII International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2008)
    • 発表場所
      Aderaide, Australia
    • 年月日
      20080824-20080829

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公開日: 2010-06-11   更新日: 2016-04-21  

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