3Dマルチスケールデンドライト成長モデルの構築とその制御による材料の高機能化

建立 3D 多尺度枝晶生长模型并通过其控制改善材料的功能

• 批准号: 12875025
• 负责人: 冨田 佳宏
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875025/
• 关键词: デンドライト; 均質化法; 界面の影響; 特徴長さ; メゾメカニカルモデル; 有限要素法; 計算機シミュレーション; ひずみ勾配依存性

材料の相変態過程において出現するデンドライトの成長ならびその形状が,材料の機械的性質ならびに欠陥の発生に密接に関連することに注目し,材料の機械的性質の評価ならびに高機能性材料の創生のために,環境状態に依存したデンドライトの成長過程のモデルを構築するための基礎研究をおこなった.デンドライトは極めて複雑な3D構造を呈し,かつその表面の微小な固液界面層領域において相変化が生じている.そのために,界面の影響域の評価,急激な特性変化を伴う界面の取り扱いを可能とする均質化法による解析モデルを構築した.まず,相変化によって生じる微視的に不均一な組織の影響を解明すべく,固有ひずみ場を用いたマイクロメカニックス的均質化手法及び2変数漸近展開理論に基づく均質化手法の大きな変形をともなう弾粘塑性境界値問題への一般化を行った.ついで,固有ひずみ場を用いた複合材のマルチスケール解析手法に注目し,unit cell内に発生する固有ひずみ場の平均化手法の一つであるSubdivisions Methodの高精度化をはかり,介在物領域内を等面積一様分割にて離散化することにより,高精度の特性評価が行えることを示した.界面近傍では,急激な特性変化を伴う.このような変化を連続体力学の枠組みにて首尾よく表現するために,上記均質化法に,ひずみ勾配依存型構成式を導入した数値モデルを構築した.これを用いた複合相の有限要素シミュレーションにより,特徴長さを首尾よく導入できることを確認できたので,これを,デンドライト表面の固液界面層の構造の寸法ならびに有効厚さ等の情報を考慮した現象の評価が可能となることが確認できた.また,孤立デンドライトの成長モデルと均質化法を適用することにより,デンドライト間の相互作用,それによるデンドライト構造変化,溶融層の可動性の評価などに適用が期待できる.

Material - の phase state process に お い て in す る デ ン ド ラ イ ト の growth な ら び そ が の shape, the nature of the material の mechanical な ら び に owe 陥 の 発 raw に contact に masato even す る こ と に attention し, the nature of the material の mechanical の review 価 な ら び に high functional material の creation の た め に, environment status に dependent し た デ ン ド ラ イ ト の の growing モ デ ル を Basic research to construct す る た め の を お こ な っ た. デ ン ド ラ イ ト は extremely め て complex 雑 な 3 d structure を し, か つ そ の の tiny な solid-liquid interface layer surface field に お い て phase - change が raw じ て い る. そ の た め に, interface の influence domain の review 価, nasty shock な features - the を with う interface の take り Cha い を may と す る homogenization method に よ る parsing モ デ ル を build し た. ま ず, phase - change に よ っ て raw じ る micro visual に heterogeneity な の effect を interpret す べ く, inherent ひ ず を み field with い た マ イ ク ロ メ カ ニ ッ ク ス homogenization technique and び 2 - number of asymptotic expansion theoretical base に づ く homogenization technique の big き な - shaped を と も な う 弾 viscoplastic boundary numerical problem へ の line generalization を っ た. つ い で, Inherent ひ ず を み field with い た compound material の マ ル チ ス ケ ー ル に attention し parsing technique, the unit cell within に 発 raw す る inherent ひ ず み field の average technique の a つ で あ る Subdivisions Method の precision turn を は か り, dielectric を in material field and other area of a others segmentation に て discretization す る こ と に よ り, high-precision の characteristics evaluation 価 が line え る こ と を shown し た. Interface nearly alongside で は, nasty shock な features - を with う. こ の よ う な variations change を even 続 strength の 枠 group み に て fore and aft よ く performance す る た め に, written に homogenization method, ひ ず み hook with dependent type composition type を import し た the numerical モ デ ル を build し た. こ れ を with い た composite phase の finite element シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, special long 徴 さ を fore and aft よ く guide Into で き る こ と を confirm で き た の で, こ れ を, デ ン ド ラ イ ト の inch の の solid-liquid interface layer structure method な ら び に is sharper thick さ etc. の intelligence を consider し た phenomenon の review 価 が may と な る こ と が confirm で き た. ま た, isolated デ ン ド ラ イ ト の growth モ デ ル と を homogenization method applicable す る こ と に よ り, デ ン ド ラ イ ト の between each other The <s:1> mobility <e:1> of the melt layer is evaluated by using the structural changes of それによるデ, ドラ, ト, ト, 価な で, に, が, and で, る, る.

项目成果

Yoshikazu Higa: "Computational Modeling of Deformation Behavior of Nickel-based Superalloy with Gamma Prime Phase Precipitates"Proc.ICES2K. 1161-1121 (2000)

Yoshikazu Higa：“具有伽马相沉淀的镍基高温合金变形行为的计算模型”Proc.ICES2K。

Yoshihiro Tomita: "Multiscale Modeling and Estimation of Deformation Behavior of Metal-Matrix Composite"Proc.ICES2K. 1745-1750 (2000)

Yoshihiro Tomita：“金属基复合材料变形行为的多尺度建模和估计”Proc.ICES2K。

吉田十義: "相変態現象のシミュレーション法の基礎研究"日本機械学会関西支部講演会. (2000)

吉田丰：《相变现象模拟方法的基础研究》日本机械工程学会关西分会讲座（2000年）

Yuan Xi: "A Homogenization Method for Analysis of Heterogeneous Cosserat Materials"Proc.AEPA2000, Advances in Engineering Plasticity, Key Engineering Materials.. 177・180. 53-58 (2000)

袁熙：“异质复合材料分析的均质化方法”Proc.AEPA2000，工程塑性进展，关键工程材料.. 177・180 (2000)。

比嘉吉一: "粒子強化型複合材の均質化法による変形挙動のモデル化とシミュレーション"日本機械学会論文集. 66A・48. 1441-1446 (2000)

Yoshikazu Higa：“通过颗粒增强复合材料的均匀化方法对变形行为进行建模和模拟”日本机械工程师学会会刊 66A·48（2000 年）。