材料内部の微視組織形成と巨視的力学特性評価に関する数値解析モデルの構築

材料内部微观结构形成数值分析模型的构建及宏观力学性能评价

基本信息

批准号：
18760081
负责人：
上原拓也
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Yamagata University (2007)Nagoya University (2006)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,工学的に利用される金属材料における微視組織形成過程のシミュレーションと,形成された微視組織を持つ材料の巨視的力学特性評価に関する数値解析モデルの構築を行うことを目的とし,主にフェーズフィールドモデルによる微視組織形成過程における相・温度・応力/ひずみの連成解析に関する基礎式を構築した.また,有限要素法による数値解析を行うことによって,微視組織が形成される過程における応力変化および残留応力生成のシミュレーションを行った.特に,本年度においては,従来の固相変態モデルに加え,凝固組織形成過程における応力生成過程のシミュレーションを行い,デンドライトのような複雑な形態を有する微視組織内の応力分布を明らかにした.全体が凝固した状態における残留応力は,デンドライトの形状や分布に依存し,平均的には同程度の応力でも,局所的な応力の最大値が大きく異なることを示した.これによって,巨視的材料強度が微視組織に大きく依存していることが明らかになった,また,より微視的なアプローチから,結晶粒界における材料挙動のモデル化を図るため,結晶粒界をモデル化した分子動力学シミュレーションを行い,微視組織形成過程における粒界挙動を調べた.様々な結晶方位を有する粒界モデルを作成し,粒界を成す結晶方位差に依存した粒界エネルギーを求めるとともに,原子の再配列による粒界の形状,形態変化の解析を行った.その結果,粒界エネルギーを用いることによって,粒界の安定性や動的な結晶再配列の予測がある程度可能であることを示した.

本研究的目的是模拟工程中使用的金属材料的微观结构形成过程，并构建用于评估材料与形成的微观结构的宏观力学性能的数值分析模型，我们构建了相耦合分析的基本方程。微观结构形成过程中的温度和应力/应变主要使用相场模型。通过分析，我们模拟了显微组织形成过程中的应力变化和残余应力的产生。特别是，今年，除了常规的固相转变模型之外，我们还研究了凝固组织形成过程中的应力产生过程。进行了模拟，以阐明具有复杂形态（例如枝晶）的微观结构内的应力分布。结果表明，残余应力取决于枝晶的形状和分布，即使平均应力相同，应力的局部最大值也相差很大。这表明宏观材料强度取决于微观结构。此外，为了从更微观的方法模拟晶界处的材料行为，我们进行了模拟晶界的分子动力学模拟。我们研究了微观结构形成过程中的晶界行为。我们创建了具有不同晶体取向的晶界模型，根据形成晶界的晶体取向差异确定了晶界能量，并研究了原子的再生，并分析了其变化。结果表明，利用晶界能量可以在一定程度上预测晶界稳定性和动态晶体重排。