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2015 年度 実績報告書

電子・原子論に基づく応力下における材料の経年腐食現象の予測モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 25630013
研究機関大阪大学

研究代表者

尾方 成信  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20273584)

研究分担者 君塚 肇  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
譯田 真人  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00550203)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード加速分子動力学法 / 高速モンテカルロ法 / 酸化 / 析出 / フェーズフィールド法 / ナノワイヤー / 粒界 / 破壊
研究実績の概要

電子原子論に基づく応力下における材料の腐食現象を解析するために、第一原理加速分子動力学法を開発し、電子状態計算に基づく長時間の反応ダイナミクス解析が可能となった。さらには、結晶内での原子サイト拡散を効率よく計算するための高速モンテカルロ法を開発し、長時間の原子レベルでの結晶中の析出現象の解析が可能となった。これらの手法を用いて、銅の酸化解析を実施し、銅結晶中の酸素原子の粒界への析出を原子レベルでモデル化し、そのモデルに力学負荷をかけてその応答を解析することで、腐食した銅の破壊メカニズムが温度やひずみ速度または負荷応力によって、拡散によるボイド形成から、転位の運動が引き金となって生じるき裂発生による破壊へと変形形態が変化することを明らかにした。また、銅や鉄のナノワイヤーにおいて表面酸化膜形成により変形形態がいかように変化するかを詳細に解析した。表面酸化層により転位の運動が抑制されることにより、一部もナノワイヤーでは酸化膜を有する方がより高い伸びを示すことがあることを明らかにした。さらには、マグネシウム中のアルミニウム、亜鉛、イットリウム元素の2次元積層欠陥部への偏析およびそこでの2次元秩序構造をシミュレートし、原子レベル直接観察結果ときわめて整合性の高い結果を得るとともに、その形成メカニズムを初めて明らかにすることに成功した。また、今後のメゾスケールへ向けて研究を展開するために、これらの電子原子レベルの知見を反映させることのできるフェーズフィールド法の理論および解析の枠組みを構築した。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Long-range intercluster interactions of solute nanoprecipitates in Mg-Y alloys: A first-principles study2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Matsubara, Hajime Kimizuka, Shigenobu Ogata
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 657 ページ: 662-670

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.10.102

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 原子論に基づく鉄合金のマクロ降伏強度予測のための理論モデルの構築2016

    • 著者名/発表者名
      新里秀平, 譯田真人, 尾方成信
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 80 ページ: 197-205

    • DOI

      DOI: 10.2320/jinstmet.J2015061

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From “smaller is stronger” to “size-independent strength plateau”: towards measuring the ideal strength of iron2015

    • 著者名/発表者名
      Wei-Zhong Han, Ling Huang, Shigenobu Ogata, Hajime Kimizuka, Zhao-Chun Yang, Christopher Weinberger, Qing-Jie Li, Bo-Yu Liu, Xi-Xiang Zhang, Ju Li, Evan Ma, Zhi-Wei Shan
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 27 ページ: 3385-3390

    • DOI

      DOI: 10.1002/adma.201500377

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Atomistic understanding and prediction of alloying effect of Si on yield strength of steel2015

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Shinzato, Masato Wakeda, Hajime Kimizuka and Shigenobu Ogata
    • 学会等名
      Materials Research Society (MRS) 2015 Fall Meeting
    • 発表場所
      米国・ボストン
    • 年月日
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] First principles study on the effect of substitutional solute atom on screw dislocation properties in bcc Iron2015

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakeda, Shigenobu Ogata
    • 学会等名
      International Workshop on Multiscale Computations on Mechanical Properties
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-10-13 – 2015-10-14
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling of deformation of HCP titanium and magnesium2015

    • 著者名/発表者名
      Shigenobu Ogata, Nobuhiro Tsuji, Junping Du, Yunjiang Wang
    • 学会等名
      International workshop on materails behavior at the micro- and nano-scale
    • 発表場所
      中国・西安交通大学
    • 年月日
      2015-06-01 – 2015-06-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Accelerated molecular dynamics study of grain boundary motion and dislocation nucleation from grain boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Shigenobu Ogata, Akio Ishii, Yunjiang Wang, Junping Du
    • 学会等名
      12th International Conference on the Mechanical Behavior of Materials
    • 発表場所
      ドイツ・カールスルーエ
    • 年月日
      2015-05-10 – 2015-06-14
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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