Pribmary [1 0 -1]L0 = 250μm V1 = 20m/s 2V1/cd = 0.0068 totγa[-1 2 3][-1 2 3][5 4 -1][5 4 -1][1 -1 1][1 -1 1]59機械システム工学材料力学・構造工学・計算力学(a)(b)(c)(d)「転位」が動いて塑性変形が起こる．「転位」が動いて塑性変形が起こる．材料固有寸法無視材料固有寸法無視材料固有寸法考慮材料固有寸法考慮幾何学的必要転位が分布自己釣合いの「内部応力」従来理論への取り込み高次勾配結晶塑性理論マイクロ試験片の動的引張り：慣性効果と材料の固有寸法との相互作用マイクロ試験片の動的引張り：慣性効果と材料の固有寸法との相互作用幾何学的に必要な転位群幾何学的に必要な転位群（寸法効果に寄与）（寸法効果に寄与）余剰な転位群余剰な転位群（寸法効果と無関係）（寸法効果と無関係）[-1 2 3][-1 2 3][5 4 -1][5 4 -1][1 -1 [1 -1 1]1]マイクロピラーの圧縮マイクロピラーの圧縮mmサイズの場合mmサイズの場合μmサイズの場合μmサイズの場合(a) デンドライト組織(b) 多結晶組織 (c) セル構造モデル(d) 結晶粒微細化内容：内容： 従来の材料力学（弾塑性力学）には，寸法の影響が含まれてません．寸法と荷重が相似の場合，小さい物体を解いたつもりでも，大きい物寸法と荷重が相似の場合，小さい物体を解いたつもりでも，大きい物体の場合と同じ解が得られてしまいます．実際には，マイクロメートル体の場合と同じ解が得られてしまいます．実際には，マイクロメートル寸法域では，通常では見られない特徴的な挙動が得られることが知ら寸法域では，通常では見られない特徴的な挙動が得られることが知られています．本研究では，金属材料の塑性変形の素過程である転位れています．本研究では，金属材料の塑性変形の素過程である転位の運動と蓄積に遡ってミクロンスケールの塑性理論の構築を目指しまの運動と蓄積に遡ってミクロンスケールの塑性理論の構築を目指します．さらに，それを用いて，微細内部構造を有する金属材料の強度発す．さらに，それを用いて，微細内部構造を有する金属材料の強度発現機構の解明を目標としています．一般に，寸法が小さくなると材料は現機構の解明を目標としています．一般に，寸法が小さくなると材料は強くなると言われてきました．例えば，結晶粒サイズがマイクロメートル強くなると言われてきました．例えば，結晶粒サイズがマイクロメートルオーダーより小さくなると多結晶体の強度は著しく増大すると言われてオーダーより小さくなると多結晶体の強度は著しく増大すると言われています．しかしならが，これは経験則であり，その物理的理由は現在まいます．しかしならが，これは経験則であり，その物理的理由は現在まで明らかになっていませんでした．本研究で開発する理論が実用のもで明らかになっていませんでした．本研究で開発する理論が実用のものとなれば，金属材料の強度発現機構を理論的に解明することができ，のとなれば，金属材料の強度発現機構を理論的に解明することができ，その知見を利用すれば，従来にない高い性能の材料を開発することがアピールポイントその知見を利用すれば，従来にない高い性能の材料を開発することが可能となります．可能となります． 一見、人類が十分に使いこなしているように見える金属材料でアピールポイント：アピールポイント：すが、現在においても不明な点が多くあります。これらを解明し、一見，人類が十分に使いこなしているように見える金属材料ですが，材料の変形や破壊の様子の一部始終をコンピュータで解けるよう 一見，人類が十分に使いこなしているように見える金属材料ですが，現在においても不明な点が多くあります．これらを解明し，材料の変形にすることで、安全性の高い材料・構造の開発に貢献することを現在においても不明な点が多くあります．これらを解明し，材料の変形目指します。や破壊の様子の一部始終をコンピュータで解けるようにすることで，安や破壊の様子の一部始終をコンピュータで解けるようにすることで，安全性の高い材料・構造の開発に貢献することを目指します．全性の高い材料・構造の開発に貢献することを目指します．内 容内容： 機械システムを設計する際，破壊や変形に対する材料の強度や 機械システムを設計する際、破壊や変形に対する材料の強度や剛性をコンピュータシミュレーションによって解析することが主流と剛性をコンピュータシミュレーションによって解析することが主流となっていますが、解析に用いる材料特性を正確に与えなけれなっていますが，解析に用いる材料特性を正確に与えなければ，ば、信頼できる解析結果は期待できません。とくに、材料の力学信頼できる解析結果は期待できません．とくに，材料の力学的特性的特性は、材料の微視組織に大きく影響を受けることから、相変は，材料の微視組織に大きく影響を受けることから，相変態やミク態やミクロ組織形成などのプロセスを解析することが不可欠です。ロ組織形成などのプロセスを解析することが不可欠です．そこでそこで我々は、材料科学的な立場に基づく様々な理論やモデルを我々は，材料科学的な立場に基づく様々な理論やモデルを用いた用いた計算機シミュレーションを行い、材料設計も含めた機械材料の力学に関わる研究を進めています。左の図(a)、(b)は、フェー計算機シミュレーションを行い，材料設計も含めた機械材料の力学ズフィールドモデルを用いたデンドライト組織の形成過程と、多に関わる研究を進めています．左の図 (a), (b) は，フェーズフィー結晶組織の形成過程のシミュレーション結果です。また、図(c)ルドモデルを用いたデンドライト組織の形成過程と，多結晶組織のはセル構造をモデル化した図であり、多孔体などの解析に応用す形成過程のシミュレーション結果です．また，図 (c) はセル構造をることができます。さらに図(d)は、分子動力学法によって、圧モデル化した図であり，多孔体などの解析に応用することができま縮負荷を受ける材料の結晶粒が微細化していく様子をシミュレートした結果です。このように、材料の力学特性を決定づける微視す．さらに図 (d) は，分子動力学法によって，圧縮負荷を受ける材組織や微視構造に関する計算機シミュレーションを中心に行って料の結晶粒が微細化していく様子をシミュレートした結果です．こいます。このほか、有限要素法による熱処理過程の変形・残留応のように，材料の力学特性を決定づける微視組織や微視構造に関力解析も行っています。する計算機シミュレーションを中心に行っています．このほか，有限要素法による熱処理過程の変形・残留応力解析も行っています．アピールポイントアピールポイント： 材料の微視組織変化や相変態に関する様々なシミュレーション 材料の微視組織変化や相変態に関する様々なシミュレーションをを行うことによって、製品精度の向上に向けたプロセス設計など行うことによって，製品精度の向上に向けたプロセス設計などに応に応用することができます。用することができます．分 野機械システム工学分 野： 機械システム工学専 門： 計算材料科学，固体力学，計算力学専 門計算材料科学、固体力学、計算力学E-mail ： uehara@yz.yamagata-u.ac.jpE-mail ・ uehara@yz.yamagata-u.ac.jpTel ： 0238-26-3285Tel ・ 0238-26-3285Fax ： 0238-26-3285Fax ・ 0238-26-3285HP ： http://uhlab.yz.yamagata-u.ac.jp/index_j.htmlHP ・ http://uhlab.yz.yamagata-u.ac.jp/index_j.html内 容従来の材料力学（弾塑性力学）には，寸法の影響が含まれてません． 従来の材料力学（弾塑性力学）には、寸法の影響が含まれてません。寸法と荷重が相似の場合、小さい物体を解いたつもりでも、大きい物体の場合と同じ解が得られてしまいます。実際には、マイクロメートル寸法域では、通常では見られない特徴的な挙動が得られることが知られています。本研究では、金属材料の塑性変形の素過程である転位の運動と蓄積に遡ってミクロンスケールの塑性理論の構築を目指します。さらに、それを用いて、微細内部構造を有する金属材料の強度発現機構の解明を目標としています。一般に、寸法が小さくなると材料は強くなると言われてきました。例えば、結晶粒サイズがマイクロメートルオーダーより小さくなると多結晶体の強度は著しく増大すると言われています。しかしながら、これは経験則であり、その物理的理由は現在まで明らかになっていませんでした。本研究で開発する理論が実用のものとなれば、金属材料の強度発現機構を理論的に解明することができ、その知見を利用すれば、従来にない高い性能の材料を開発することが可能となります。分 野分 野： 機械システム工学分野：機械システム工学専 門： 材料力学・構造工学・計算力学専 門専門：材料力学・構造工学・計算力学E-mail ： kuroda@yz.yamagata-u.ac.jpE-mail：kuroda@yz.yamagata-u.ac.jpE-mail ・ kuroda@yz.yamagata-u.ac.jpTel ： 0238-26-3211Tel ：0238-26-3211Tel ・ 0238-26-3211Fax ： 0238-26-3205 Fax：0238-26-3205Fax ・ 0238-26-3205HP ・ http://kuroda.yz.yamagata-u.ac.jpHP ： http://kuroda.yz.yamagata-u.ac.jpHP ：http://kuroda.yz.yamagata-u.ac.jp教授黒田充紀材料の微視組織形成過程の計算機シミュレーションキーワード［ 計算機シミュレーション、材料力学、材料科学 ］金属材料の力学挙動の研究とそのモデリング金属材料の力学挙動の研究とそのモデリングキーワード［ 材料力学、弾塑性論、金属材料、計算力学 ］キーワード［材料力学，弾塑性論，金属材料，計算力学］教授 上原 拓也教授 黒田 充紀
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