2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール計算力学によるＬＰＳＯ構造の変形と力学特性の解明
| Project Area | Materials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials- |
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| Project/Area Number |
23109009
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大橋 鉄也 北見工業大学, 工学部, 教授 (80312445)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志澤 一之 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80211952)
松本 龍介 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80363414)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 微視組織 / 原子構造 / 強度特性 / 結晶塑性 / 格子欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子シミュレーションを基礎とした研究では，本年度はキンク帯形成の新たなメカニズムの可能性を検証するという目的の下，すべり方向のせん断応力に加えて一方向の垂直応力をMg単結晶に作用させたときの活性化自由エネルギーをメタダイナミクス法により評価し，垂直応力による結晶の弾性変形が転位生成に影響を与えることを見出した．また，[-1100]を回転軸とする対称傾角粒界を有するMg双結晶の圧縮変形の分子動力学シミュレーションを行うことにより粒界を転位源とする転位生成の方位差依存性について検討を行った．そのほか，変形挙動に及ぼす濃度変調の影響を明らかにするために，fcc積層部のクラスタ濃度をパラメータとして変形解析を行った．
連続体力学を基礎とした研究では，本年度は主として以下の3項目の研究を行った．まず，LPSO単結晶のマイクロピラー試験片に対する単純圧縮計算を実施し，実験結果に整合するよう諸物性値を同定した結果，各すべり系のCRSSには寸法依存性を導入する必要があることを明らかにした．
一方，回位密度を考慮した結晶塑性Cosseraモデルを有限回転理論に拡張するとともに，それを用いた単結晶LPSO相のシミュレーションを実施し，キンク帯周りの回位四重極構造を再現するとともに，キンク帯形成に関するメッシュ非依存性ならびに寸法依存性について調査した．
最後に，キンクの形態に平行四辺形に近いもの（Ortho型キンク），くさび形のもの（Ridge型キンク），レンズ型のものなどがあることに注目し，本年度はOrhto型キンクとRidge型キンクにともなう弾性場をマイクロメカニクスの手法を利用して検討した．その結果，キンク形成に関する転位の連続分布描像が得られ，それらにともなう弾性応力場，弾性ひずみエネルギー密度の分布の特徴などが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画研究ではLPSO相に観察される｢キンク変形｣現象をすべり変形の局在化とそれに伴う結晶欠陥の集積の観点から明らかにするとの目的を掲げ，研究手法としては主に｢ひずみこう配結晶塑性解析｣と｢原子レベルシミュレーション｣を用いてきた．本年度は原子シミュレーションを用いてLPSO相中の転位生成に関する検討，とくに，粒界を転位源とする転位生成現象，垂直応力の作用による弾性変形が転位生成に与える影響の詳細などを明らかにした．また，連続体力学では，LPSO相のすべり変形開始に関する臨界分解せん断応力には寸法依存性があることを明らかにしさらに，回位密度を考慮した結晶塑性Cossera理論を発展させた．また，LPSO相中のキンク変形をくさび型またはOrtho型の領域に塑性すべりが生じたとした場合の弾性場を，新たにマイクロメカニクスの手法を利用して検討を加え，この場合の転位の連続分布と回位多重極子の配置とそれにともなう弾性場が評価された．以上のことから，キンク形成過程の詳細とキンクにともなう変形場の定量的な理解が進んだ．
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| Strategy for Future Research Activity |
原子シミュレーションでは，粒界を転位源とする転位生成についての定量的な評価を行うために，これまでと同様にメタダイナミクス法を用いた解析を実施する．加えて，Mg-Zn-Y合金系の特徴を捉えた原子間ポテンシャルによりモデル化されたシンクロ型LPSO結晶についてもメタダイナミクス法による底面転位生成の定量的な評価を実施する．
連続体力学を基礎とした研究では，α-Mg相で検討してきた双晶用Phase-Fieldモデルを用いて，LPSO相における{11-29}双晶進展を再現するとともに，変形進行後の双晶とキンクの識別方法について検討する．また，LPSO型Mg二相合金のα-Mg相の動的再結晶による結晶粒微細化をPhase-Fieldモデルで再現するとともに，LPSO相におけるキンク変形も同時に表現し，二相合金の微視的強化機構について検討する．転位-結晶塑性モデルでは，GN転位の長範囲効果を背応力を介して導入することにより，非Cosseratモデルにメッシュ非依存性を与える．さらに，結晶塑性Cosseratモデルを短冊形LPSO多結晶に適用し，Wedge型キンクとRidge型の形成過程における相違について調査する．
キンク変形によるLPSO型マグネシウムの強化に関して，本年度の検討によりキンク変形にともなって強く局在化した内部応力場が形成されることが明瞭になった．次年度は強く局在化した内部応力場が形成された後の変形について検討を進め，このような不均一な変形履歴のある材料が外部負荷を受けた際の応答について検討する．
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