| 研究概要 |
原子1個1個を表現しつつ拡散時間スケールの評価を可能とするフェーズフィールド・クリスタル法を用いて, 塑性変形時の体積一定変形を可能とする新しい変形シミュレーション手法を構築した. 体積一定変形は, 時間ステップ毎に差分格子の縦横サイズを変形に応じて変化させる手法を採用している. この手法を用いて, ナノ多結晶体の変形シミュレーションを行い, 粒界移動・粒回転・転位の生成消滅・転位の移動など, 比較的高温環境下における材料変形拳動を再現できることを示した. 今後定量的な評価を行うことができるようにモデルの高精度化を図る必要があるが, 本研究においてフェーズフィールド・クリスタル法のマルチスケール変形シミュレーション手法としての可能性を確認することができた.
これと同時に, 金属材料の熱間加工時に生じる動的再結晶の, ミクロな再結晶粒の生成・成長, およびそれらに強く影響されるマクロな力学的挙動の評価を同時に可能とする, 動的再結晶マルチスケール・フェーズフィールドモデルの構築を行った. ここで, 差分格子を時間と伴に変化させることで, 擬似的に変形をシミュレート可能とした. 擬似的変形を考えると, 組織発展は変形を反映したものになるが, 巨視的な応力-ひずみ関係には影響しなかった. 今後, 結晶塑性論や均質化法などを組み込むことで, 更に精度の高い動的再結晶マルチスケールモデルの開発を進める.
更に, 鉄鋼材料のγ→α相変態, 薄膜の形態発展, 基板表面のホウ化による表面処理などのマルチスケール・フェーズフィールドモデルの構築およびそれを用いたシミュレーションを行い, 様々な問題における組織予測を可能とした. これらの組織を代表体積要素として均質化法を用いて強度評価を行うことにより, 組織予測から強度評価までを一貫して評価することが可能である.
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