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2023 年度 実施状況報告書

ベイズ推論とスパース回帰分析を用いた固相変態における不均一核形成挙動モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 23K17829
研究機関東京農工大学

研究代表者

山中 晃徳  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50542198)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2025-03-31
キーワード核形成 / 固相変態 / 機械学習 / オートエンコーダー / 特徴量抽出
研究実績の概要

本年度は、分子動力学法を用いて、純鉄多結晶におけるオーステナイト→フェライト変態の数値シミュレーションを行い、オーステナイト相の粒界多重点にフェライト相が不均一核形成する挙動を解析する計算手法の構築を行なった。これにより、不均一核形成挙動の仮想実験データを取得することが可能となったため、機械学習(オートエンコーダー)を用いて、仮想実験データから不均一核形成挙動を記述するための支配因子(記述子)を抽出することを進めた。これにより、従来技術では不可能であった、フェライト相が不均一核形成する前兆を潜在変数の変化として捉えられる可能性を見出した。また、上記数値シミュレーションの精度向上(より実現象に近づける)のために、ニューラルネットワークポテンシャルの構築も行なった。フェライト相の磁性の取り扱いについては、一定の仮定を置かざるをえないが、第一原理計算と同程度の精度で純鉄の物性を再現できることを確認した。本年度の研究成果としては、古典原子間ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションとAEによる特徴量抽出について、国内学会と国際会議においてポスター発表、口頭発表を行なった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

古典原子間ポテンシャルを用いて、純鉄多結晶におけるオーステナイト→フェライト変態の分子動力学シミュレーションを達成し、オートエンコーダーを用いた特徴量抽出については、研究計画当初では考え付かなかった方法が開発できた。また、それを国際会議等で研究成果できたことは、計画通りと判断する。しかしながら、ニューラルネットワークポテンシャルが純鉄にのみ開発できていないこと、時間加速法の適用を進められていないことから、当初計画に対してやや遅れている状況にある。

今後の研究の推進方策

次年度は、初年度の遅れを取り戻しつつ、当初計画通り研究を推進する。つまり、ニューラルネットワークポテンシャルを用いたフェライト相の不均一核形成挙動の分子動力学シミュレーションを行い、オートエンコーダーによる特徴量抽出、さらには特徴量の変化を捉えられる微分方程式を導く。このデータ駆動型の支配方程式導出の手法やコーディングは終えている。さらに次年度は、最終年度に当たるため、学術雑誌への論文投稿と国際会議等での複数回の発表を行う計画である。

次年度使用額が生じた理由

研究進捗がやや遅れているため、論文投稿に必要な英文校閲費用などが発生せず、残額が生じた。来年度以降に、論文投稿を控えており、その際に執行する。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 その他

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Molecular dynamics simulation of three-dimensional ferrite nucleation behavior during austenite-to-ferrite transformation in pure iron2023

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Serada, Tomoo Fujiwara, Akinori Yamanaka
    • 学会等名
      The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 国際学会
  • [学会発表] 純鉄におけるγ→α変態の分子動力学シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      瀬良田瑞基, 山中晃徳
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第186回秋季講演大会 学生ポスターセッション
  • [学会発表] オートエンコーダによる純鉄におけるγ→α変態挙動の特徴量抽出2023

    • 著者名/発表者名
      瀬良田瑞基,近藤恭悠, 山中晃徳
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第187回春季講演大会 学生ポスターセッション
  • [備考] 東京農工大学 山中研究グループウェブサイト

    • URL

      https://web.tuat.ac.jp/~yamanaka/index.html

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公開日: 2024-12-25  

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