| 研究課題/領域番号 |
19K05069
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
海老原 健一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40360416)
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| 研究分担者 |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (60414538)
松本 龍介 京都大学, 工学研究科, 講師 (80363414)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 水素脆化 / 水素助長ひずみ誘起空孔モデル / 水素助長格子脆化モデル / 分子動力学 / 反応拡散方程式 / 昇温脱離スペクトル |
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| 研究実績の概要 |
鉄鋼材料の遅れ破壊は水素脆化が原因と考えられていることから、その機構の理解に基づく水素脆化の予測・予防が望まれている。水素脆化機構の１つとして、水素とひずみで生成された空孔や空孔クラスターの空孔型欠陥そのものを要因とする水素助長ひずみ誘起空孔（HESIV）モデルが実験事実に基づき提案されている。しかし、その具体的な素過程は明確でなく実験による定量的評価も困難である。本研究では原子レベルでの計算科学的な手法を用い、空孔型欠陥の挙動及びその水素トラップ挙動を考慮した反応拡散方程式から水素脆化条件下で生成される空孔型欠陥のサイズ分布を明確にする。さらに空孔型欠陥のき裂への影響を原子レベルから解析することで脆化が生じる空孔型欠陥のサイズを明確にし、HESIV モデルを検証することを目指している。
本年度は、反応拡散方程式の初期値を決めるために、水素助長ひずみ誘起空孔を含む純鉄試料の低温昇温脱離測定からその昇温脱離スペクトルを得た。また、空孔数で9個のサイズまでの空孔クラスターに対して、水素との結合エネルギーをEAMポテンシャルを用いた分子静力学法で評価した。その後、この結合エネルギーを含めた原子レベル計算に基づくパラメータを組み入れた反応拡散方程式を整備し、純鉄試料に対する既存の昇温脱離スペクトルの再現を試みた。さらに、粒界でのき裂進展に関する分子動力学計算の手法を整備した。
これらの結果、反応拡散方程式は、いくつか検討すべき点があるものの概ね既存の昇温脱離スペクトルを再現できることが分かった。また、粒界でのき裂進展の分子動力学シミュレーションの手法については、空孔型欠陥や水素を考慮した場合への適用の可能性が見られた。
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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
昇温脱離スペクトルの測定、分子静力学における水素と空孔及び空孔クラステーの結合エネルギーの評価、反応拡散方程式の開発、き裂進展の分子動力学シミュレーション手法の整備は、概ね計画通りに進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本事業で取得した実験昇温脱離スペクトルを反応拡散方程式によって再現することを試み、水素助長ひずみ誘起空孔の量及びサイズ分布の評価を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
応募額と交付決定額の差から応募時点で想定していた性能の計算機を購入することができず、R1年度は他の計算機を代用したこと及びコロナウイルスの影響でR1年3月に予定されていた学会が中止となったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、R2年度分研究費と合わせて、当初計画より規模を縮小した計算機とデータ保存用ディスク、研究用備品の購入及びR2年度に開催予定の国内外学会への参加に係る費用として使用する。
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