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原子シミュレーションに基づく力学特性評価と材料設計

Evaluation of mechanical properties and materials design based on atomistic simulations

都留 智仁

Tsuru, Tomohito

近年、組織制御による超微細粒金属やナノツイン、合金設計によるゴムメタルやハイエントロピー合金などが開発され、優れた機能が確認されている。これらの材料では、個々の欠陥の動的挙動が材料のマクロな特性を決定する支配的な因子となるが、構造材料の欠陥挙動に限らず、高度に制御された材料ではナノスケール動的挙動が強度・破壊・摩耗などの力学機能を決定する上で重要な役割を果たす。したがって、特異な材料特性を発現する機構や新たな力学機能を創出する上で、ナノスケールの力学問題を理解することがますます重要になる。本稿では、面心立方格子(FCC)を持つ超微細粒金属の変形機構と、体心立方構造(BCC)を持つ金属の転位運動に関して、大規模原子シミュレーションや第一原理計算によって得られたこれまでの結果の一部を例にあげ、ナノスケールの転位挙動がマクロな力学特性にもたらす影響やその重要性について紹介する。

The plastic deformation is determined by the average collective motion of dislocations. The subsequent interaction between dislocations in different slip planes contributes to the hardening process. In this paper, I develop parallelized molecular dynamics and visualization codes to simulate three-dimensional polycrystalline models including intergranular dislocation sources and explore a mechanism of T-C asymmetry for UFG metals. In addition, we performed the first-principles calculations of the dislocation core and examined the interaction energy between a screw dislocation and solute and the change in energy barrier for dislocation motion, where a quadrupolar configuration was used to evaluate the effects of solute on dislocation motion.

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