三次元離散転位力学法と境界要素法のマルチスケール解析とインデンテーション問題への応用

Multiscale modeling of three dimensional discrete dislocation dynamics and boundary element method and its application to nanoindentation problem

都留 智仁   ; 渋谷 陽二*

Tsuru, Tomohito; Shibutani, Yoji*

ナノスケールの塑性変形では、基礎メカニズムである転位の振る舞いが平均化されずに直接的に駆動源とその応答の関係に反映される。実験や近年広く行われている原子論的シミュレーションでこのような現象を直接観察することは困難である。本研究では、古典転位論によって転位の運動を記述する三次元離散転位動力学法を導入し、重ね合わせの原理に基づいた境界要素法との連結手法によるマルチスケールモデルを構築し、ナノインデンテーションで観察されるナノスケールの塑性現象について考察を行った。その結果、圧子直下に存在する転位は押込み荷重にほとんど影響を及ぼさない一方、表面に運動する転位双極子が変位バーストを引き起こすことを明らかにした。

In the nano-plastic deformation, material properties cannot be described by the average rate of dislocation behavior, and it becomes increasingly necessary to trace individual motion of dislocations. Molecular dynamics (MD) is one of the most effective methodologies to obtain dislocation motion. However, MD simulation depends on the computer power so strongly that it is difficult to treat mesoscopic behavior including collective dislocation motion. Discrete dislocation mechanics (DD) has a unique ability to treat dislocation motion. In the present paper, we construct a combined approach including both DD and the boundary element method, and succeed in representing the stress field of dislocation in the vicinity of traction free surface. Finally, we apply this model to the nanoindentation problem and found the relationship between displacement burst and collective dislocation motion.