1 0 0 0 OA 分子動力学シミュレーションによるフラーレン・OLCの摩擦特性評価
- 著者
- 屋代 如月 西村 英晃
- 出版者
- 公益社団法人 日本材料学会
- 雑誌
- 材料 (ISSN:05145163)
- 巻号頁・発行日
- vol.63, no.2, pp.155-162, 2014-02-15 (Released:2014-02-20)
- 参考文献数
- 20
For a new insight on solid lubricant of fullerenes and onion-like carbons (OLCs), we have performed scratch simulations on isolated fullerenes/OLCs and monolayer film of their array. Here, molecular dynamics simulation may overestimate bond-forming between the scratch surface and target carbons, so that we consider only the van der Waals interaction between the rigid diamond and fullerenes/OLCs. On this condition, both the isolated/layered fullerenes/OLCs doesn't show rotation but slip on the perfect (001) diamond surface, showing frictional coefficient lower than μ=0.05. On the other hand, the fullerenes/OLCs show rotation and higher frictional coefficients of μ=0.1∼0.3, if we set surface roughness on both scratch walls. In this rotational friction, larger fullerenes/OLCs show smaller frictional coefficients, and the fullerenes shows higher frictional coefficient than OLCs of same size.
1 0 0 0 ニッケルナノ単結晶の引張変形と破壊の原子シミュレーション
- 著者
- 北村 隆行 屋代 如月 大谷 隆一
- 出版者
- 一般社団法人日本機械学会
- 雑誌
- 日本機械学會論文集. A編 (ISSN:03875008)
- 巻号頁・発行日
- vol.62, no.600, pp.1813-1819, 1996-08-25
- 被引用文献数
- 5
In order to elucidate the mechanism of deformation and fracture of microcomponents, numerical simulations are conducted for nanoscopic wire and film of nickel without lattice defects using molecular dynamics on the basis of the EAM (embedded atom method) potential. Applying a periodic boundary, large as well as small materials are subjected to a tensile strain along the [001] direction of the FCC (face-centered cubic) lattice. Here, the traverse stresses, σ_<xx> and σ_<yy>, in the former are kept at zero during the tension. The yield is brought about by the crystallographic slips on the (111) planes and there is little difference in the yield stresses among the wire, film and bulk. The slips continue to take place on multiple (111) planes and the plastic deformation leads to ductile fracture. Then, the displacement in the traverse direction on the cell boundaries of bulk is fixed in order to investigate the effect of constraint. It shows brittle fracture due to cleavage cracking. this implies that the constraint, which may be introduced by local inhomogeneity of the material, brings about early crack nucleation and reduces the ductility of matcrials without lattice imperfection.
1 0 0 0 金属ガラスの破壊と疲労のマクロ特性の解明と寿命予測
本研究では,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM)・原子間力顕微鏡(AFM)・ナノインデンテーション法による金属ガラスの破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.平成19年度は金属ガラスの環境強度について検討した. 3.5%食塩水中・室温において,一定試験力のもとで疲労き裂伝ぱ試験を行った結果,水溶液に浸漬した直後には過渡的なき裂伝ぱ挙動が観察されたが,定常状態においては,時間基準のき裂伝ぱ速度da/Dnは,応力拡大係数Kこよらずほぼ一定となった.3.5%食塩水中・室温において,繰返し試験力を負荷してき裂伝ぱ試験を行った結果,繰返し速度および応力比によらず,時間基準のき裂伝ぱ速度心da/dtが,最大応力拡大係数K_<max>によって規定されており,その関係は,前述の一定試験力におけるda/dt-K関係とほぽ一致していた.また, 0.05%, 0.01%食塩水中においてもき裂伝ぱ挙動を調べた結果,いずれの食塩濃度においても,1サイクル当たりのき裂伝ぱ速度da/Dnは大気中よりも大きく加速したが,超純水中におけるda/Dn-ΔKは大気中とほぼ一致していた.また,食塩水中の繰返し試験力下の破面形態は,一定試験力下の破面形態と同様であったが,超純水中の破面は,大気中における破面と同様であった.また,環境強度と直接結びつくものではないが,分子動力学による検討では,原子弾性剛性係数Bij^αの正値性(局所格子不安定性)により,構造のないアモルファスに欠陥の中の欠陥というべき不安定原子が存在すること,0.2%ひずみ以降,不安定原子が増加しており,塑性変形の担い手として新たな欠陥が導入されていること,などを明らかにした.
1 0 0 0 OA 材料の組織形成のシームレスモデル構築と材質予測
1 0 0 0 変形誘起変態のマルチスケールモデルの構築と材料の組織と機能の創生
変形誘起変態が変形,応力,温度,ひずみ速度によって影響され易い性質を最大限活用して,変形誘起相変態の発生に伴う微視組織の創生ならびに成長を制御し,使用目的に応じた,材料の強度,延性,靭性等の機械的特性を発現させることを目指し,実験によりマイクロからマクロスケールに至る変形誘起相変態現象を詳細に検討し,以下に示す各スケールにおける変態のメカニカルモデルを構築し,その応用の可能性を示した.1.分子動力学的手法を用いて,結晶格子構造の安定性を評価することにより,マイクロスケールの相変態発生過程を検討し,対応した相変態のマイクロメカニカルモデルを構築した.2.結晶方位に依存したマルテンサイト構造を考慮しつつ,メゾスコピックなマルテンサイトエンブリオの発生とその成長を表現可能なメゾメカニカルモデルを構築した.3.近い2つの階層のモデルに均質化法を適用することによりこれらを連結し,マイクロ・メゾとメゾ・マクロメカニカルモデルを構築し,マルチスケールメカニカルモデルを提案した.4.相変態のマルチスケールメカニカルモデルにより,材料に発生するひずみ,応力,ひずみ速度,温度等のマクロスケールの物理量を操作することにより変形誘起変態を誘導することによって所定の特性を具備する材料の創生方法を提案した.5.磁気力顕微鏡によって得られたマルテンサイト相の分布形態ならびにそれを平滑化して得られた体積含有率と提案したモデルによるシミュレーションによって得られた結果を比較することで提案したメカニカルモデルの妥当性を検討した.本研究によって得られた変態のメカニカルモデルをシミュレーション過程に導入することにより,メゾスケールの材料構造を制御した機能性材料の新しい創生法の提案の可能性に加えて,従来困難とされてきた,材料の機械的特性の自由な設計に対して途が開かれると同時に,形態設計と融合することで新しい設計あるいは製造技術の開発に貢献する.
本研究では,整合界面を構成する種々の格子構造について「第一原理格子不安定解析」を行うことにより,界面転位発生の臨界ミスフイットの評価や第三元素添加による界面安定化など,2相整合耐熱超合金の界面原子構造設計につながる重要な知見を,電子レベルから精密に評価することを目的とする.昨年度は,基本となるNiおよびNi_3Al単結晶の格子不安定性を詳細に評価した上で,W, Cr, Bの添加の効果について検討した.本年度は,界面原子構造設計の指針となる格子不安定クライテリアマップをより多くの元素について検討するために,Ni以外の10族元素Pd, Ptならびに11族元素Cu, Ag, Auについて,[001]方向単軸引張下の格子不安定性を評価した.本研究の動機にあるように,小数の原子しか扱えない第一原理計算では,強い周期性を仮定した上で変形させるため,系が不安定となっても転位等の局所変形を生じることなく,引張方向の原子面はく離に相当する点まで応力は単調に増加した後,ピーク応力を示して低下する.このピークを「理想引張強度」として評価すると,臨界ひずみは0.23〜0.34の範囲内に分布し,そのときの応力の大小関係はほぼヤング率に応じたものとなった.一方,引張下の格子不安定性を調べると,これまでの報告同様いずれの元素も上述のピークひずみより遙かに小さいひずみで格子不安定条件に達していた.ここで,Pd, Cu, AgはNi, Ni_3Alと同じく横方向変形の等方性がくずれるBorn不安定を示していたのに対し,Pt, Auはせん断に対するB_<44>不安定となっていた.臨界ひずみ-臨界応力上に各元素の理想引張強度ならびに格子不安定となる点をプロットすると,前者は広く分布して相関が見られなかったのに対し,後者は低ひずみ側で,原点を通る同一直線上に乗るような分布を示した.