材料強度評価のためのマルチスケールモデリングに関する研究

材料强度评价的多尺度建模研究

• 批准号: 05J09504
• 负责人: 都留 智仁
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09504/
• 关键词: マルチスケールモデル; 三次元離散転位動力学法; 境界要素法; 分子動力学法; ナノインデンテーション; 転位と粒界の相互作用; 臨界せん断応力; 転位間相互作用; 単結晶アルミニウム・銅

近年の材料の微細化にともなって,微細材料や薄膜に対する有効な強度評価法として,ナノインデンテーションが広く用いられるようになってきた.とりわけ,金属材料に対する押込み試験は最も広く行われており,荷重-変位関係における不安定現象として,弾性変形から押込み荷重一定のまま押込み変位が急激に増大する"変位バースト"が報告されている.しかしながら,変位バーストについて多くの議論がなされる一方で,その詳細なメカニズムはいまだ明らかになっていない.本研究では,まず原子論的手法を用いた解析によって,転位が材料内部の領域で射出されることを明らかにし,さらに押込みによって生成される圧縮応力場によって,そのときの臨界せん断応力が大きく上昇することを示した.また,三次元離散転位動力学法と境界要素法との連結によるマルチスケールモデルを構築し,押込みシミュレーションを行った.その結果,内部に生成された転位綱が押込み荷重に与える影響は小さく,むしろ転位の射出の瞬間に押込み面側に運動する転位双極子による表面ステップがマクロな荷重-変位関係に大きく影響することを示した.そして,エネルギーの釣り合いに基づく数理モデルから,数百もの非常に多数の転位が同時に生成されることによって,変位バーストが引き起こされることを明らかにした.また,近年注目されているナノ多結晶と転位の相互作用に関して,Nudged Elastic Band法を用いて反応の活性化エネルギーを評価した.そして,Σ3対応粒界と刃状転位の相互作用では,転位の単位長さ当たり0.0074[eV/Å]のエネルギーを要することを得るとともに,完全結晶中を運動する転位の抵抗(パイエルスポテンシャル)の約380倍の大きさになることを示した.また,粒界面でDSL転位とステップ転位の分解を観察し,多数の転位の反応によって数十nm程度の粒界移動を引き起こすことを示唆した.

In recent years, the miniaturization of materials has become more and more important, and the strength evaluation method for fine materials and thin films has become more and more important. For example, metal materials have a load-position relationship, and the load-position relationship is unstable. The load-position relationship is unstable, and the load-position relationship is unstable. The discussion on the topic of "how to deal with the problem" is very detailed. In this study, the method of atomic theory is used to analyze the internal field of materials, and the pressure field is generated. The three-dimensional discrete position dynamics method and the boundary element method are used to construct the structure of the boundary element. As a result, the influence of the internal load on the surface of the dipole is small, but the influence of the internal load on the surface of the dipole is large. In addition, hundreds of thousands of thousands In recent years, attention has been paid to the evaluation of the interaction between multiple crystals and sites using the Nudged Elastic Band method. In addition, the interaction between the three pairs of grain boundaries and blade positions is about 380 times larger than that of the single position length of 0.0074[eV/] and the resistance of the single position to movement in complete crystallization. The resolution of DSL position on the grain interface was observed, and most of the positions were shifted to tens of nm.

项目成果

球介在物近傍における単結晶アルミニウムと銅のプリズマティック転位の形成と臨界せん断応力の推定

单晶铝和铜中球形夹杂物附近棱柱形位错的形成和临界剪切应力的估计

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会論文集 A編 71・711
• 作者: 川口章;長江亮;生越 友樹;Masashi Miyamura;生越 友樹;生越 友樹;生越 友樹;生越 友樹;Tokiyoshi Umeda;Tokiyoshi Umeda;梅田時由;T.Umeda;Yoji Shibutani;Tomohito Tsuru;Yoji Shibutani;Tomohito Tsuru;都留智仁
• 通讯作者: 都留智仁

Atomistic simulations of elastic deformation and dislocation nucleation in Al under indentation-induced stress distribution

• DOI: 10.1088/0965-0393/14/5/s07
• 发表时间: 2006-07-01
• 期刊: MODELLING AND SIMULATION IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
• 影响因子: 1.8
• 作者: Tsuru, Tomohito;Shibutani, Yoji
• 通讯作者: Shibutani, Yoji

Nanoindentation-induced Collective Dislocation Behavior and Nanoplasticity

纳米压痕诱导的集体位错行为和纳米塑性

• 发表时间: 2007
• 期刊: Key Engineering Materials 340-341
• 作者: 川口章;長江亮;生越 友樹;Masashi Miyamura;生越 友樹;生越 友樹;生越 友樹;生越 友樹;Tokiyoshi Umeda;Tokiyoshi Umeda;梅田時由;T.Umeda;Yoji Shibutani
• 通讯作者: Yoji Shibutani