日経サイエンス連載！ 可視化の最前線

◆入選◆ き裂先端近傍における転位の集団挙動の離散転位動力学シミュレーションとその可視化 ● 中谷彰宏（なかたに・あきひろ） 　 大阪大学大学院 工学研究科 助教授 ● 三宅琢也（みやけ・たくや） 　 大阪大学大学院 工学研究科 知能・機能創成工学専攻 博士前期課程2年 ● 北川　浩（きたがわ・ひろし） 　 大阪大学大学院 工学研究科 教授 　破壊現象は観測する時間と空間のスケールに関連して全く異なる様相を示すが，そのメカニズムを考える時，ミクロとマクロを互いに切り離して考えることはできない。例えば，原子間の結合の切断や，すべりによる転位発生といったき裂先端に起こるミクロ構造の変化は，き裂進展に対する抵抗やマクロな変形様式に大きな影響を与える。近年のコンピューター性能の向上を背景に，これらミクロとマクロの中間（メゾ）領域のシミュレーションに対する新しい方法論が様々な形で模索されている。離散転位動力学（ Discrete Dislocation Dynamics ）もその一つであり，材料内部の個々の転位の運動を追跡することにより，塑性変形の主要メカニズムである結晶のすべり変形を扱うことができる。さらに，転位位置の時間発展と同時に，その周辺に形成される応力場の変化を厳密に評価しながらシミュレーションを行なえる利点がある。 　本研究では，離散転位動力学法を拡張し，き裂進展とき裂先端からの転位発生の過程を組み入れることにより，繰返し荷重下のき裂先端近傍場に応用した。図は個々の転位位置とその周辺に形成される複雑な応力場の時間変化を示している。さらに，より詳細な検討のために製作したアニメーションからは，初期転位の運動，き裂先端からの転位発生，き裂進展，転位双極子の生成，転位間相互作用による不動転位の形成などといった様々な素過程と応力場の変化との関連，および，系の動的な定常状態への推移と，き裂先端近傍に形成される転位構造の自己組織化の過程の一端を捉えることができた。