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都留 智仁; 渋谷 陽二*; 廣内 智之*
AIP Advances (Internet), 6(1), p.015004_1 - 015004_9, 2016/01
被引用回数：11 パーセンタイル：44(Nanoscience & Nanotechnology)多結晶材料の強度は粒径によって予測され、降伏応力は粒界を通じたすべり移動によって支配される。それゆえ、粒界での転位の移動度は塑性変形の過程において、粒界と転位の相互作用とともに重要な要素となる。本研究では、粒の結晶学的方位と負荷応力を考慮した粒界での転位の移動度について新たな基準として
値を提案した。そして、原子シミュレーションによる双結晶の解析を行い、基準の妥当性を検証した。
3 tilt grain boundaries under uniaxial compression渋谷 陽二*; 廣内 智之*; 都留 智仁
Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering (Internet), 7(6), p.571 - 584, 2013/06
マクロな降伏現象は粒界を横切る転位の移動または粒界における残留転位と粒界近傍の転位の生成によって再現される。本研究では、運動転位に対する粒界の役割を規定する基準として、
または'値を提案する。各種の傾角粒界に対するこれらの値を明記するとともに、実際に転位源を含む原子モデルを用いた単軸圧縮解析によって検証を行った。
tilt grain boundary using multi-phase-field model with penalty for multiple junctions廣内 智之*; 都留 智仁; 渋谷 陽二*
Computational Materials Science, 53(1), p.474 - 482, 2012/02
被引用回数：23 パーセンタイル：56.95(Materials Science, Multidisciplinary)粒界におけるミスフィットと界面移動度の再現のため、粒界の多重点の高次項を表現するマルチフェイズフィールド(MPF)モデルを提案した。ここで、分子動力学法によって得られた粒界エネルギーを用いることで、
粒界のエネルギーカスプなどのより詳細な界面特性の情報をMPFモデルと連結した。その結果、導入した高次項により安定した粒移動が再現され、さらに変形双晶が残る材料に対する再結晶の組織の挙動を再現することが可能になった。
3(
11) and 3(12) grain boundaries in elastic response and slip transfer都留 智仁; 加治 芳行; 渋谷 陽二*
Journal of Applied Physics, 110(7), p.073520_1 - 073520_7, 2011/10
被引用回数：7 パーセンタイル：31.23(Physics, Applied)粒界制御により材料の新たな機能が発現することが知られている。本研究では、FCC結晶中の3(11)双晶境界と3(12)粒界の、弾塑性変形機構に対して、大規模分子動力学解析を用いて検討を行った。まず、局所体積と局所弾性特性の評価する手法を提案して、それぞれの粒界を評価した。その結果、双晶境界では粒内と大きく変化しない一方、不安定な粒界部では局所弾性係数が大きく低下することから、近年のナノ多結晶材料における軟化の基礎メカニズムになることがわかった。また、変形シミュレーションにより、3(12)粒界は塑性変形を容易に伝播させることがわかった。
廣内 智之*; 都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 77(782), p.1723 - 1734, 2011/10
金属材料の内部組織を形成する過程の一つである粒成長過程では、粒界領域を減少させることが駆動力となるため、粒界エネルギーや粒界モビリティといった粒界特性が大きく影響する。本研究では、分子動力学法によって得られた純Alの対称傾角粒界の粒界エネルギー方位差依存性に基づき、粒界エネルギー分布をモデル化し、それを用いて三重点の自由エネルギーを考慮した高次項を持つ高次マルチフェイズフィールド(MPF)モデルを構築した。そして、粒界特性を考慮した多結晶体の粒成長過程の解析が可能であることを示した。
都留 智仁; 加治 芳行; 塚田 隆; 渋谷 陽二*
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.20 - 23, 2011/10
照射材で観察される転位チャネリングは照射誘起応力腐食割れの主要な応力因子の一つとして注目され、結晶粒界近傍の転位の集積は応力集中を引き起こす。本研究では、原子シミュレーションにより、二次元の多結晶モデルを作成し、応力集中と転位の生成に関する検討を行った。その結果、粒界三重点において弾性変形領域でも非常に高い応力集中が生じることがわかった。初期の塑性変形では、三重点や界面から部分転位が生成され、その後双晶変形が次々と生じることがわかった。さらに、個々の粒内の局所的な応力分布はこれらの塑性変形と相関があることがわかった。
加治 芳行; 都留 智仁; 渋谷 陽二*
Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1215, 6 Pages, 2010/10
本研究では、粒界の代表的な例として、対応(CSL)粒界,小角度(SA)粒界及びランダム粒界の3タイプについて検討した。最初に、CSL粒界の粒界エネルギーと原子配置について第一原理密度汎関数法(DFT)と原子埋め込み法(EAM)を用いて評価した。その後、SA及びランダム粒界を同じEAMを用いて構築し、その基礎特性を離散転位動力学モデルとボロノイ多面体解析手法により評価した。その結果、CSL及びSA粒界の応力分布は、粒界コア周辺に局所化していることがわかった。それに対して、ランダム粒界は、五角形面を多く持つ多面体で校正されており準結晶に近い、CSL粒界等とは全く異なる構造を示すことがわかった。
都留 智仁; 加治 芳行; 渋谷 陽二*
Journal of Computational Science and Technology (Internet), 4(3), p.185 - 193, 2010/09
塑性変形の基礎メカニズムである転位の運動の最小エネルギーの運動と転位芯構造について、原子論的状態遷移解析を用いて検討を行った。従来のPeierls-Nabarroモデルなどの解析モデルでは、転位の一次元運動を仮定しており、Peierlsポテンシャルの正当な評価が困難であるため、転位の運動に伴う構造緩和を考慮することが必要となる。本研究では、刃状転位とらせん転位の準静的な運動に対して、並列計算を用いた状態遷移解析を行い、すべての自由度を考慮した再安定の最小エネルギー経路を評価した。その結果、転位芯はジグザグに運動することにより、最小のパイエルスポテンシャルを生じることがわかった。そして、広範囲の弾性場に加えて短距離の原子の再配列が、実際の転位の運動を再現するうえで重要であることを示した。
都留 智仁; 加治 芳行; 松中 大介*; 渋谷 陽二*
Physical Review B, 82(2), p.024101_1 - 024101_6, 2010/07
被引用回数：31 パーセンタイル：74.65(Materials Science, Multidisciplinary)粒界などの結晶欠陥は新たな欠陥生成の抵抗を低下させ転位生成源となる。本研究では、原子シミュレーションによりさまざまな種類の粒界におけるナノインデンテーション下の初期塑性について検討した。ツインと複数の対応格子粒界において転位が生成されるメカニズムと生成の抵抗の低下について評価した結果、ツインと安定な![$$Sigma 11(bar{1}13)[110]$$](/search/images/EROFG0LHNVQSAMJRFBOGEYLSPMYX0MJTFFNTCMJQLUSA.gif)
粒界では、無欠陥領域よりも優先して最初のすべりが生じることがわかった。また、不安定な粒界では粒界面の不均質な領域から転位が生成することがわかった。
都留 智仁; 渋谷 陽二*; 加治 芳行
Acta Materialia, 58(8), p.3096 - 3102, 2010/05
被引用回数：25 パーセンタイル：73.5(Materials Science, Multidisciplinary)結晶金属のナノスケールにおける初期塑性変形は転位の集団的運動によって生じる。この現象はナノ塑性として知られており、マクロな変形の素過程であると考えられているがその詳細は現在もわかっていない。本研究では、実験、及び原子・離散転位モデルによる解析を行いナノスケールの接触問題について包括的な研究を行った。その結果、接触問題では転位の生成が内部領域で理想強度より大きなせん断応力で生じることを示すとともに転位双極子がナノスケールの塑性変形を引き起こすことを示した。
都留 智仁; 渋谷 陽二*; 加治 芳行
Physical Review B, 79(1), p.012104_1 - 012104_4, 2009/01
被引用回数：31 パーセンタイル：73.11(Materials Science, Multidisciplinary)金属材料において、転位と粒界の相互作用はその機械特性と塑性変形能を決定する主要因である。しかしながら、その変形メカニズムについての詳細な説明はなされていないため、転位と粒界の相互作用の基礎的なメカニズムを理解することはますます重要になると考えられる。本研究では、原子論的な状態遷移解析により刃状転位とエネルギー的に最も安定な 3傾角粒界の相互作用に関する評価を行った。その結果、転位は粒界と相互作用する際の活性化エネルギーはパイエルスポテンシャルに比べて大きくなることがわかった。さらに、格子転位の粒界における分解反応は転位の消失の重要な要因となることを示した。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
Journal of Computational Science and Technology (Internet), 2(4), p.559 - 567, 2008/11
結晶材料のナノインデンテーションにおいて、弾性変形から押込み変位が不安定に増大する変位バーストと呼ばれる現象が発現することが広く知られている。そのメカニズムについて、転位の運動や酸化皮膜などの影響が考えられるものの、明確な原因は未だわかっていない。本研究では、押込みにより生じる弾性ひずみエネルギーが、転位の自己及び相互作用エネルギーに変換される理想的な数理モデルを構築した。そして、押込み下では、転位の自己エネルギーよりも相互作用エネルギーが支配的となる高密度な転位群が生成されることを示した。また、変位バーストは同時に数百もの多数の転位が生成され、生成される転位双極子による表面ステップによって引き起こされることを明らかにした。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
Journal of Computational Science and Technology (Internet), 2(4), p.459 - 467, 2008/10
結晶材料に対する押込みによる荷重-変位関係において、変位が急激に増大する変位バーストが報告されている。転位の集団的射出がこの現象の要因であると予測されており、本研究では分子動力学法を用いて単結晶アルミニウムと銅に対する押込みを行い、押込み下のナノ塑性現象に関する検討を行った。その結果、圧子下には非常に大きな圧縮応力場が生成され、それによって転位生成の臨界せん断応力は大きく上昇することを示した。また、押込み下では多重すべりを生じやすい応力状態が生成され、射出された転位は異なるすべり面上の部分転位とエネルギー的に不安定な相互作用を生じることを示した。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 74(743), p.933 - 938, 2008/07
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。
都留 智仁; 渋谷 陽二*; 加治 芳行
Proceedings of 3rd Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM '07) & 11th International Conference on Enhancement and Promotion of Computational Method in Engineering and Science (EPMESC-11) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/12
金属材料において、結晶粒の微細化によって転位の運動を阻害することがマクロな結晶金属の強化の方法として広く行われてきた。その一方で、粒界部の転位の蓄積によって生じる応力集中は応力腐食割れ(SCC)の大きな要因となるといわれている。しかしながら、その変形メカニズムについての詳細な説明はなされておらず、実験によって転位の運動を直接観察することは困難である。また、変形に対する粒界の影響は結晶粒径だけでなく結晶粒の形状や粒界の種類によって異なるため、転位と粒界の相互作用の基礎的なメカニズムを理解することはますます重要になると考えられる。本研究では、
までの対応粒界について粒界エネルギーを原子論的手法を用いて詳細に評価し、状態遷移弾性バンド法によって![$$Sigma 3 (111)[110]$$](/search/images/EROFG0LHNVQSAMZAFAYTCMJJLMYTCMC3EQ.gif)
傾角粒界を対象に転位と粒界の相互作用に関するエネルギー的評価を行った。その結果、各対応粒界における粒界エネルギーと粒界による堆積増分に相関関係があり、転位は粒界と相互作用する際にPeierlsポテンシャルに比べて非常に大きな活性化エネルギーを必要とすることがわかった。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 73(732), p.877 - 882, 2007/08
結晶材料のナノインデンテーションにおいて、弾性変形から押込み変位が不安定に増大する変位バーストと呼ばれる現象が発現することが広く知られている。そのメカニズムについて、転位の運動や酸化皮膜などの考えがあるものの、明確な原因は未だわかっていない。本研究では、押込みにより生じる弾性ひずみエネルギーが、転位の自己及び相互作用エネルギーに変換される理想的な数理モデルを構築した。そして、押込み下では、転位の自己エネルギーよりも相互作用エネルギーが支配的となる高密度な転位群が生成されることを示した。また、変位バーストは同時に数百もの多数の転位が生成され、生成される転位双極子による表面ステップによって引き起こされることを明らかにした。
尾方 成信*; 清水 大志; Li, J.*; 譯田 真人*; 渋谷 陽二*
Intermetallics, 14(8-9), p.1033 - 1037, 2006/08
被引用回数：118 パーセンタイル：97.06(Chemistry, Physical)Cu
Zr
金属ガラス(Bulk Metallic Glass: BMG)のモデルシステムを用い、せん断変形の分子動力学シミュレーションを実施した。計算の結果、静水圧的及びせん断平面に垂直方向の応力の両方がせん断応答に影響を及ぼすことが確認された。せん断の局所化及びせん断帯の生成の現象は、小規模システム(原子数2,000)及び大規模システム(同524,288)の両方に見られた。
茂木 利広; 飯垣 和彦; 齋藤 賢司; 澤畑 洋明; 平戸 洋次; 近藤 誠; 澁谷 英樹; 小川 悟; 篠崎 正幸; 水島 俊彦; et al.
JAEA-Technology 2006-029, 67 Pages, 2006/06
JAEA-Technology-2006-029.pdf:3.07MB
HTTRの制御系のうち、中間熱交換器ヘリウム流量制御系,1次加圧水冷却器ヘリウム流量制御系,2次ヘリウム流量制御系,原子炉入口温度制御系,原子炉出力制御系及び原子炉出口温度制御系については、系統別総合機能試験及び出力上昇試験でその性能が明らかにされてきた。これらの試験では、各制御系に外乱を与えても安定に制御できることを確認した。また、原子炉出力30%
100%までの自動運転においても、原子炉出力,温度,流量を安定に制御できることを確認した。本報告書は、これらの制御系の概要と試験結果について報告する。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
no journal, ,
近年、耐応力腐食割れ(SCC)性に優れた低炭素ステンレス鋼を用いたBWRの炉心シュラウドや再循環系配管においてもSCCが発生することが観察されている。この低炭素ステンレス鋼のSCCは、材料表面の加工硬化層から粒内型SCCとして発生し、材料内部では粒界型SCCとして進展することが実験的に確認される一方、その詳細なメカニズムは明らかになっていない。ナノインデンテーションは、ナノスケールの精度で圧子を押込むことで局所的な特性を測定することが可能であり、照射材などの原子力材料に対しても応用がなされている。結晶材料の押込み挙動として「変位バースト現象」が観察されているが、このようなナノスケールの変形を理解することは、き裂進展やマクロな破壊の基礎的なメカニズムを研究するうえで非常に重要になると考えられる。本研究では、三次元離散転位動力学法(DD)と、重ね合わせの原理に基づいた境界要素法(BEM)との連結手法によるマルチスケールモデル、及び古典転位論に基づく数理モデルを構築し、変位バースト現象を転位論的に理解することを目的とする。その結果、変位バーストは、転位の生成と同時に表面側に射出される転位双極子による表面ステップによって引き起こされ、バースト時には数百もの転位が同時に射出されることが定量的に確認された。
都留 智仁; 加治 芳行; 塚田 隆; 渋谷 陽二*
no journal, ,
結晶粒界は材料強度の向上に寄与する一方、粒界における不純物元素の偏析は材料の脆化を引き起こす要因となる。原子力材料における応力腐食割れにおいては、材料・応力・環境及び照射の重畳する状況で生じ顕著な脆化を生じる。本研究では、材料因子と応力因子に着目した粒界特性評価に関して計算モデルを提案し、種々の問題について評価する。
