固液共存域変形を含む革新的な等軸晶形成モデル構築と凝固による組織微細化への挑戦

构建创新的等轴晶形成模型，包括固液共存区变形以及通过凝固细化微观结构的挑战

基本信息

批准号：
22KJ2041
负责人：
山中波人
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2041/
关键词：
固液共存域変形凝固 Multi-phase-field法格子ボルツマン法大規模計算

项目摘要

鋳造過程に生じる固液共存域変形は，凝固欠陥の形成を引き起こす可能性がある一方で，小さな外力で結晶粒の微細化を達成できるため，その現象の高精度な予測が喫緊の課題である．近年，固液共存域変形のその場観察が大型放射光施設を用いることで可能となっているが，系統的評価による現象理解のためには数値シミュレーションが不可欠である．そこで本研究では，合金凝固時の固体運動と変形を含む固液共存域変形を高精度に再現可能な数値モデルを構築し，固液共存域の固体の塑性変形と分断を最適化し，結晶粒微細化を引き起こす最適な条件の探索を目的としている．昨年度はまず，修士課程で構築した固液共存域変形のその場観察を再現可能としたmulti-phase-field格子ボルツマンモデルを用いて，固液共存域変形の2Dシミュレーションを行った．シミュレーション結果から，固液共存域変形に特徴的なダイラタンシーによる局所的な固相率変化が再現できることを確認した．次に固液共存域変形の定量的評価を目的として，小規模計算での固相率の影響評価とGPUスパコンTSUBAME3.0を用いた大規模計算による結晶形態の影響評価を行い，固液共存域変形のせん断帯形成に関する定量的評価・考察を行っており，現在ジャーナル論文投稿に向けて論文執筆を進めている．また，その場観察など実験で行われている固液共存域変形の評価では，外力の与え方に制限があり，単軸引張や単純せん断といった理想的な外力条件下でのせん断帯形成メカニズムを評価することができない．そこで，固液共存域の単純せん断変形を評価可能なモデルを開発し，よりシンプルな条件下でのせん断帯形成の評価を可能とした．現在はこれに関して系統的評価によるせん断帯形成の定量化を試みている．また，固液共存域変形の3Dモデルの開発を行い，固液共存域変形のその場観察の3D変形挙動を再現可能とした．

虽然铸造过程中发生的固液区变形会导致凝固缺陷的形成，但只需很小的外力就可以实现晶粒细化，因此对此现象的高精度预测是一个紧迫的问题。近年来，利用大型同步辐射装置对固液共存区变形进行原位观测已成为可能，但数值模拟对于通过系统评估来理解这一现象至关重要。因此，在本研究中，我们构建了一个能够高精度再现固液共存区域变形的数值模型，包括合金凝固过程中的固体运动和变形，并对固液共存区域中固体的塑性变形和破碎进行了优化。目的是寻找导致小型化的最佳条件。去年，我们首先使用硕士课程中构建的多相场晶格玻尔兹曼模型对固液共存区域的变形进行了二维模拟，能够再现固液共存区域变形的现场观测结果。固液共存区。从模拟结果来看，我们确认可以再现由于剪胀引起的局部固体分数变化，这是固液共存区域变形的特征。接下来，为了定量评估固液共存区域的变形，我们使用GPU超级计算机TSUBAME3.0评估了小规模计算中固相比例的影响以及大规模计算中晶体形貌的影响。我们正在对区域变形中剪切带的形成进行定量评估和讨论，目前正在撰写一篇论文以提交给期刊。此外，通过原位观测等实验进行固液共存区变形评估时，外力的施加方式以及单轴拉伸等理想外力条件下的剪切带形成机制均存在局限性。而简单的剪切无法评价。因此，我们开发了一种可以评估固液共存区域的简单剪切变形的模型，使得在更简单的条件下评估剪切带的形成成为可能。目前，我们正在尝试通过系统评估来量化剪切带的形成。我们还开发了固液共存区域变形的3D模型，使得再现固液共存区域变形的原位观测的3D变形行为成为可能。