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2022 Fiscal Year Annual Research Report

異分野融合によるキンク形成・強化の理論構築

Planned Research

Project AreaMaterials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
Project/Area Number 18H05481
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

藤居 俊之  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40251665)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中島 英治  九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (80180280)
SVADLENKA KAREL  京都大学, 理学研究科, 准教授 (60572188)
稲邑 朋也  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60361771)
垂水 竜一  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (30362643)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Keywordsキンク形成 / ミルフィーユ構造 / 回位 / キンク強化 / マグネシウム合金
Outline of Annual Research Achievements

藤居は,A02-2およびA02-3計画研究班との連携研究により,一方向凝固させたLPSO単相合金の室温変形のキンク形成後に発現するポルトヴァンルシャトリエ効果が,溶質原子濃化したキンク界面が外力負荷により移動する現象であることを見出し,その変形機構を解明した.
中島は研究協力者と連携してLPSO単相合金の二段階変形試験を実施し,二次キンクのせん断方向が,二段階目の変形モードに依存して変化することを見出した.また,二段階変形後にキンク周囲に弾性応力場が存在することを明らかにし,キンク強化の有用性を示した.さらに,微小引張試験から,キンクの存在により材料強度が増加することを明らかにした.
シュワドレンカは,ミルフィーユ構造の力学的応答を数学的に調べることを目標に均質化解析を行なった.軟質層のすべり系の数や向きに依存せずキンク形成することを明らかにし,経験的ミルフィーユ条件を数学的に説明づけた.
稲邑は,ミルフィーユ条件が満足される下でキンクが変形する場合,新たな回位発生とともに,複数キンクの連携的変形が必須となることを運動学的に明らかにした.さらに変形に要するエネルギーの上限値を定量評価することで,回位と連携変形は,キンクを含む材料特有の強化機構であり,実験的に観察されるキンク強化量と同程度の強化をもたらし得ることを明らかにした.
垂水は,微分幾何学に基づく格子欠陥論による連続体力学の立場からキンク変形・強化機構の理論解析を進め,(i)転位列を用いた多様なキンク形態の再現,(ii)転位と回位の等価性に関する数学的な証明,(iii)キンク界面の切断による応力集中の再現,(iv)ホロノミーを用いたフランクベクトル評価法の開発,(v)Ridge型キンク先端における回位の存在の計算科学的な証明,の成果を得た.これらの結果は,キンク強化機構として回位が重要な役割を果たすことを示唆している.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (63 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 1 results) Presentation (47 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 14 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Charles University/Czech Academy of Sciences/Czech Technical University in Prague(チェコ)

    • Country Name
      CZECH
    • Counterpart Institution
      Charles University/Czech Academy of Sciences/Czech Technical University in Prague
  • [Journal Article] Special Issue on Kink-Strengthening of Mille-Feuille Structured Materials: PREFACE2023

    • Author(s)
      Eiji Abe, Toshiyuki Fujii, Yoshihito Kawamura
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 64 Pages: 715

    • DOI

      10.2320/matertrans.MPR2023903

  • [Journal Article] Effects of a preannealing process on the morphology of developed kinks in mille-feuille structured Cu/A5052 alloy fabricated by accumulative roll bonding: criteria for kink formation2023

    • Author(s)
      M. Yamazaki, K. Ishikawa, T. Fujii, Y. Miyajima
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 64 Pages: 827-834

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MD2022003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical analysis of disclinations in connecting kink bands formed by multiple basal shear2023

    • Author(s)
      R. Matsumura, Y. Shinohara, T. Inamura
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 64 Pages: 817-826

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MD2022020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kink modeling and simulations based on field theory of multiscale plasticity (FTMP) Part I: Explicit kink model and double compression test2023

    • Author(s)
      K. Mizutani, Y. Nawa, T. Hasebe
    • Journal Title

      Materials Transactoins

      Volume: 64 Pages: 785-794

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MD2022016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kink modeling and simulations based on field theory of multiscale plasticity (FTMP) Part II: Implicit kink model and scale-free treatment2023

    • Author(s)
      T. Hasebe, K. Mizutani
    • Journal Title

      Materials Transactoins

      Volume: 64 Pages: 795-804

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MD2022017

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of disclinations around kink bands on deformation behavior in Mg_Zn_Y alloys with a long-period stacking ordered phase2023

    • Author(s)
      T. Tokuzumi, M. Mitsuhara, S. Yamasaki, T. Inamura, T. Fujii, H. Nakashima
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 248 Pages: 118785

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2023.118785

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Plastic instability criterion based on new necking parameters for Cu_Al, Cu_A5052, and Cu_A5083 roll-bonded laminated metal composites fabricated without post-annealing2022

    • Author(s)
      Y. Miyajima, T. Yamada, T. Fujii
    • Journal Title

      Journal of Materials Processing Technology

      Volume: 306 Pages: 117634

    • DOI

      10.1016/j.jmatprotec.2022.117634

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Elastoplastic deformations of layered structures2022

    • Author(s)
      D. Drozdenko, M. Knapek, M. Kruzik, K. Mathis, K. Svadlenka, J. Valdman
    • Journal Title

      Milan Journal of Mathematics

      Volume: 90 Pages: 691-706

    • DOI

      10.1007/s00032-022-00368-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 幾何学的理論に基づくキンク変形のモデリングと解析2022

    • Author(s)
      稲邑朋也,垂水竜一
    • Journal Title

      まてりあ

      Volume: 61 Pages: 563-568

    • DOI

      10.2320/materia.61.563

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] LPSO型Mg合金のキンク形成観察とキンク導入加工プロセスの最適化2022

    • Author(s)
      光原昌寿, 山_重人, 安藤大輔
    • Journal Title

      まてりあ

      Volume: 61 Pages: 543-549

    • DOI

      10.2320/materia.61.543

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Crank-Nicolson type minimization scheme for a hyperbolic free boundary problem2022

    • Author(s)
      Yoshiho Akagawa, Elliott Ginder, Syota Koide, Seiro Omata, Karel Svadlenka
    • Journal Title

      Discrete and Continuous Dynamical Systems Series B

      Volume: 27 Pages: 2661-2681

    • DOI

      10.3934/dcdsb.2021153

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dewetting dynamics of anisotropic particles - a level set numerical approach2022

    • Author(s)
      Siddharth Gavhale, Karel Svadlenka
    • Journal Title

      Applications of Mathematics

      Volume: 67 Pages: 543-571

    • DOI

      10.21136/AM.2021.0040-21

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A numerical algorithm for modeling cellular rearrangements in tissue morphogenesis2022

    • Author(s)
      Rhudaina Z. Mohammad, Hideki Murakawa, Karel Svadlenka, Hideru Togashi
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 5 Pages: 239

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03174-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] LPSO型マグネシウム合金におけるキンク形成を伴った塑性変形の特徴2023

    • Author(s)
      藤居俊之
    • Organizer
      金属学会シンポジウム「ミルフィーユ構造の創製とキンク強化:新強化原理として見えてきたこと」
    • Invited
  • [Presentation] PLC 効果を発現する LPSO 型マグネシウム合金における変形組織解析2023

    • Author(s)
      雨宮直輝,江草大佑,宮澤知孝,藤居俊之 ,阿部英司
    • Organizer
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
  • [Presentation] LPSO 型マグネシウム合金おける塑性変形の特異性とキンク強化2023

    • Author(s)
      藤居俊之
    • Organizer
      日本金属学会キンク研究会(2023年第1回)
    • Invited
  • [Presentation] 変形の連続性に基づくキンク強化の幾何学理論2023

    • Author(s)
      稲邑朋也
    • Organizer
      日本金属学会キンク研究会(2023年第1回)
    • Invited
  • [Presentation] 微分幾何学を用いたキンク変形解析:現状と今後の課題2023

    • Author(s)
      垂水竜一
    • Organizer
      日本金属学会キンク研究会(2023年第1回)
    • Invited
  • [Presentation] 構造材料の弾塑性有限変形の変分解析2023

    • Author(s)
      K. Svadlenka
    • Organizer
      日本数学会2023年会
  • [Presentation] 構造材料の均質化と剛性定理2023

    • Author(s)
      K. Svadlenka
    • Organizer
      北陸応用数理研究会2023
    • Invited
  • [Presentation] キンクバンドのせん断により発生する回位四重極子と連携変形2023

    • Author(s)
      松村隆太郎,上田佑理,篠原百合,稲邑朋也
    • Organizer
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
  • [Presentation] LPSO 型マグネシウム合金のキンク導入後の変形挙動2022

    • Author(s)
      鈴木敬康,難波亮太, 遠藤稜,宮澤知孝,藤居俊之
    • Organizer
      軽金属学会第142回春期大会
  • [Presentation] 動的ひずみ時効を発現するLPSO 型マグネシウム合金における変形組織解析2022

    • Author(s)
      雨宮直輝,江草大佑,宮澤知孝, 藤居俊之, 阿部英司
    • Organizer
      軽金属学会第142回春期大会
  • [Presentation] 熱間押出加工した Mg97Zn1Gd2合金における特異な塑性変形挙動2022

    • Author(s)
      鈴木敬康,遠藤稜,宮澤知孝,藤居俊之
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] PLC効果を発現する LPSO型 Mg合金におけるキンク変形組織2022

    • Author(s)
      雨宮直輝,江草大佑,宮澤知孝, 藤居俊之, 阿部英司
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] fcc金属で構成される異種金属積層材の圧縮変形挙動に及ぼす焼鈍の影響2022

    • Author(s)
      山崎萌子,石川和宏,藤居俊之,宮嶋陽司
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] キンク導入したMg-1 at%Zn-2 at%Gd合金の塑性変形挙動と熱活性化変形過程2022

    • Author(s)
      鈴木敬康, 遠藤稜, 宮澤知孝, 藤居俊之
    • Organizer
      日本金属学会関東支部第 19 回 ヤングメタラジスト研究交流会
  • [Presentation] PLC 効果を発現するLPSO 型マグネシウム合金におけるキンク変形組織2022

    • Author(s)
      雨宮直輝,江草大佑,宮澤知孝, 藤居俊之, 阿部英司
    • Organizer
      軽金属学会第143回秋期大会
  • [Presentation] Cu/A5052異種金属積層材の焼鈍による変形挙動の変化2022

    • Author(s)
      山崎萌子,石川和宏,藤居俊之,宮嶋陽司
    • Organizer
      日本金属学会・日本鉄鋼協会 北陸信越支部 令和4年度 連合講演会
  • [Presentation] Temperature and strain dependence of plastic deformation behavior of long-period stacking-ordered magnesium alloys2022

    • Author(s)
      T. Miyazawa, R. Endo, T. Fujii
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deformed microstructure in LPSO-type magnesium alloys exhibiting PLC effect2022

    • Author(s)
      N. Amemiya, .D. Egusa1, T. Miyazawa, T. Fujii, E. Abe
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Verifications of Kink-Band Strengthening in Long-Period Stacking Ordered Mg_Zn_Y Alloy2022

    • Author(s)
      T. Tokuzumi, A. Fukushima, M. Mitsuhara, S. Yamasaki, T. Inamura, T. Fujii, H. Nakashima
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キンクと回位の精密解析から導かれるキンク強化の考え方2022

    • Author(s)
      光原昌寿, 徳澄翼, 福島碧, 出口岬, 山崎重人, 中島英治
    • Organizer
      令和3年度第二回軽金属学会LPSO/MFS構造材料研究部会
    • Invited
  • [Presentation] 金属材料の機械的性質の理解と評価のための走査電子顕微鏡法とその周辺技術2022

    • Author(s)
      光原昌寿
    • Organizer
      SCAN TECH 2022
    • Invited
  • [Presentation] 高分解能結晶方位解析と画像相関法に基づくLPSO型Mg合金のキンク強化機構の検討2022

    • Author(s)
      徳澄翼, 福島碧, 山崎重人, 光原昌寿, 中島英治
    • Organizer
      金属学会 2022年度「高温材料の変形と破壊」研究会(夏の学校)
  • [Presentation] LPSO単相Mg-Y-Zn合金におけるキンク強化の実験的検証2022

    • Author(s)
      光原昌寿, 徳澄翼, 福島碧, 山崎重人, 中島英治
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • Invited
  • [Presentation] 弾性/塑性ひずみ解析によるLPSO単相Mg-Y-Zn合金のキンク強化機構の検討2022

    • Author(s)
      徳澄翼, 福島碧, 山崎重人, 光原昌寿, 中島英治
    • Organizer
      軽金属学会第143回秋期講演大会
  • [Presentation] LPSO型マグネシウム合金で観察されるキンク強化の特殊性2022

    • Author(s)
      光原昌寿, 徳澄翼, 福島碧, 山崎重人, 中島英治
    • Organizer
      令和4年度第一回軽金属学会LPSO/MFS構造材料研究部会
    • Invited
  • [Presentation] Variational approach to modeling of elastoplastic deformation of structured materials2022

    • Author(s)
      K. Svadlenka
    • Organizer
      IMI Workshop II: Geometry and Algebra in Material Science III
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 感覚器官上皮における細胞配列ダイナミックスの数理的解明2022

    • Author(s)
      K. Svadlenka
    • Organizer
      第3回 京大―ハイデルベルク大―理研 ワークショップ 「医学と数理」
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Understanding of kink-band formation by means of a rate-independent model obtained by homogenization of mille-feuille structure2022

    • Author(s)
      K. Svadlenka
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Geometrical aspects of strengthening by kink band and its aggregate2022

    • Author(s)
      Tomonari Inamura
    • Organizer
      Polycrystals: Microstructure and Plasticity
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 結合したキンクバンドのせん断により発生する回位多重極子の弾性エネルギー2022

    • Author(s)
      松村隆太郎,上田佑理,篠原百合,稲邑朋也
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] LPSO型Mg合金の二重圧縮試験におけるキンク組織変化と変形挙動2022

    • Author(s)
      上田佑理,松村隆太郎,篠原百合,宮澤知孝,藤居敏之,稲邑朋也
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] Elastic energy of disclination multipole formed at intersection of kink band and shear band2022

    • Author(s)
      R. Matsumura, Y. Shinohara, T. Inamura
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stable Shape of Curved Ridge-Kink Consisting of a Sequence of Fine Kink-bands2022

    • Author(s)
      X. Zhang, R. Matsumura, Y. Shinohara, T. Inamura
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微分幾何学を用いた格子欠陥のナノ力学解析2022

    • Author(s)
      垂水竜一
    • Organizer
      第二回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 微分幾何学に基づくキンク変形解析の現状と今後の課題2022

    • Author(s)
      垂水竜一
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • Invited
  • [Presentation] 結晶性固体なかの転位と回位の幾何学的・力学的等価性2022

    • Author(s)
      小林舜典,垂水竜一
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2022 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 幾何学的弾性理論に基づくキンク帯の応力場解析と数値計算の高速化2022

    • Author(s)
      横田祥己,小林舜典,垂水竜一,鈴木厚
    • Organizer
      第35回計算力学講演会
  • [Presentation] 連続分布転位論とホロノミーによるキンク帯先端の部分回位のフランクベクトルの解析2022

    • Author(s)
      岡大貴,小林舜典,垂水竜一,鈴木厚
    • Organizer
      第36回計算力学講演会
  • [Presentation] Modeling and Numerical Analysis of Kink Deformationbased on Geometrical Elasto-Plasticity Theory2022

    • Author(s)
      S.H.Pranoto, S.Kobayashi and R.Tarumi
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FTMP場の理論に基づくキンク強化機構に関する研究~場の発展とエネルギ的観点からの考察~2022

    • Author(s)
      水谷洸太,長谷部忠司
    • Organizer
      日本材料学会 第71期学術講演会
  • [Presentation] Finsler空間に拡張したFTMP場の理論に基づくポリマーMFS材におけるキンク形成・強化シミュレーション2022

    • Author(s)
      長谷部忠司,水野正伸,工藤滉一朗
    • Organizer
      日本材料学会 第71期学術講演会
  • [Presentation] FTMP場の理論における不適合度テンソルの役割について2022

    • Author(s)
      長谷部忠司
    • Organizer
      日本材料学会 第71期学術講演会
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FTMP-based Series of Simulations on Kink Deformation/Strengthening in Mille-feuille Structured Mg2022

    • Author(s)
      K. Mizutani, T. Hasebe
    • Organizer
      WCCM/AEPA2022 (15th WCCM - 8th AEPA)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ミルフィーユ組織材におけるキンク形成に関するFTMP場の理論的解釈2022

    • Author(s)
      長谷部忠司,水谷洸太
    • Organizer
      日本機械学会 第35回計算力学講演会(CMD2022)
  • [Presentation] FTMP場の理論に基づくキンク強化機構に関する研究~形態形成が強化発現に及ぼす影響に関する検討~2022

    • Author(s)
      水谷洸太,長谷部忠司
    • Organizer
      日本金属学会 2022 年秋期講演(第171 回)
  • [Presentation] キンク形成/強化におけるスケールフリー性に関するFTMP場の理論的考察2022

    • Author(s)
      長谷部忠司,水谷洸太
    • Organizer
      日本金属学会 2022 年秋期講演(第171 回)
  • [Presentation] On Scale-Free Nature of Kink Formation/Strengthening based on FTMP2022

    • Author(s)
      T. Hasebe, K. Mizutani
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 異分野融合による キンク形成・強化の理論構築

    • URL

      http://kamonohashi.iem.titech.ac.jp/fujii/mfsa03/

  • [Funded Workshop] The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order Structure and Mille-feuille Structure2022

URL: 

Published: 2023-12-25  

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