Development of data assimilation method for crystal plasticity analysis reflecting dislocation microstructures

反映位错微结构的晶体塑性分析数据同化方法的发展

基本信息

批准号：
22K14466
负责人：
井原史朗
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

金属材料における変形から破壊に至る過程を制御するためには，ナノスケールで生じる現象や微視組織の形成を理解し，計算機シミュレーションに反映させる必要がある．金属材料の破壊に関しては種々のモデルが提案されているものの，ナノスケールにおける破壊現象に関して十分に理解されているとは言い難い．本研究では，SUS316L（FCC）をモデル材料として，透過電子顕微鏡（TEM）内引張その場観察を行い，き裂進展に伴うナノスケールの組織変化を解析した．まず，試料作成にあたっては集束イオンビームを活用し，応力集中部を作ることで，TEM観察箇所で必ず変形・破壊が生じるような試料作成に成功した．組織解析にあたっては，原子分解能観察だけでなく，電子エネルギ損失分光法（EELS）解析および4D-STEM観察を行った．EELSによる解析では，き裂先端で体積プラズモンのピークが低エネルギ側へシフトすることが確認された．また，原子分解能観察によって，き裂先端では非晶質化が生じていることがわかった．体積プラズモンは価電子密度を反映しており，今回の場合は質量密度と相関があるとみなせるため，き裂先端でのピークシフトは，ＦＣＣという稠密構造から非晶質化という，局所的な密度変化を捉えていると考えられる．さらに，4D-STEM解析を行った所，き裂進展方向に沿って特徴的な回折スポットが表れた．このように，金属の破壊に関してナノスケールの観点から重要な知見を得ると共に，その解析手法を見出している．

为了控制金属材料从变形到断裂的过程，有必要了解纳米尺度上发生的现象和微观结构的形成，并在计算机模拟中反映这一点。尽管针对金属材料的断裂提出了各种模型，但还不能说纳米尺度的断裂现象已被完全理解。在本研究中，我们使用 SUS316L (FCC) 作为模型材料，并在透射电子显微镜 (TEM) 中进行原位拉伸观察，以分析与裂纹扩展相关的纳米级结构变化。首先，通过使用聚焦离子束形成应力集中区域，我们成功地制作了在TEM观察点处总是发生变形和断裂的样品。对于结构分析，我们不仅进行了原子分辨率观察，还进行了电子能量损失光谱（EELS）分析和4D-STEM观察。使用 EELS 进行的分析证实，体积等离子体激元峰值在裂纹尖端转移到较低能量。此外，原子分辨率观察表明裂纹尖端发生非晶化。体积等离子体激元反映了价电子密度，在这种情况下可以认为它与质量密度相关，因此裂纹尖端处的峰移是由于FCC的致密结构到非晶态的局部密度变化所致。人们认为正在检测到变化。此外，进行4D-STEM分析时，沿裂纹扩展方向出现了特征衍射斑。通过这种方式，我们从纳米尺度的角度获得了有关金属破坏的重要知识，并找到了分析方法。