アモルファス金属中を高速で伝播するき裂の原子構造論的研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450048
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北川 浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾方 成信 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20273584) ; 中谷 彰宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50252606)
• Keywords: アモルファス金属 / 分子動力学解析 / モードI型き裂伝播 / き裂鈍化 / せん断帯 / 密度低下

Research Abstract

原子レベル構造の動的変化の詳細を解析できる分子動力学法を用いて、コンピュータ上で創製した長距離規則機構を持たないアモルファス金属にき裂を導入し、モードI型のき裂伝播シミュレーションを実施して、き裂先端部のプロセスゾーン内の変形素機構とき裂成長開始条件/伝播過程の安定性に関してつぎのような知見を得た。
1.き裂先端の変形域は、進展方向に対してほぼ±45°方向に生じるせん断帯と前縁に生じる等方引張り応力の高い部分よりなる。
(a)せん断帯内では、104(〜20原子(〜50nm)立方)原子集合程度の領域で、短い時間内に引張り方向に対して約±45°方向を主軸とする局在化した純粋せん断変形が頻繁に発生/消滅を繰り返し、巨視的なせん断帯が形成されていく。
(b)き裂前縁部では、顕著な密度低下を生じ、それが局所的な強度低下を引き起こす。
2.厚さ方向に周期境界条件を設定した準3次元モデルでは、き裂は先端の軟化域の原子流動により鈍化するのみで、ほとんど進展しない。き裂先端はきわめて高温(800K以上)となるが、再結晶することはない。金プロセスゾーンを通じて初期のアモルファス構造はほぼ保たれる。
3.薄膜体(厚さ〜50nm)内のき裂伝播シミュレーションでは、き裂前縁は一旦V字形に尖った後、幅50nm程度(厚さの程度)の開口を保ちながら急速に進展する。変形域はき裂の先端のごく狭い領域に限られる。

Research Products

• [Publications] 松本、北川、中谷、中谷: "アモルファス金属中のき裂進展挙動の大規模分子動力学シミュレーション"日本機械学会第12回計算力学構演会論文集. No.99-5. 53-54 (1999)
• [Publications] 松本、北川、中谷、中谷: "薄膜状アモルファス金属中を伝ぱするき裂の分子動力学シミュレーション"日本機械学会・日本材料学会第5回分子動力学シンポジウム講演会論文集. No.00-4. 29-30 (2000)