基本情報

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上原 拓也

UEHARA Takuya


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教授

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研究室電話

0238-26-3285

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http://uhlab.yz.yamagata-u.ac.jp

専門分野(科研費分類) 【 表示 / 非表示

  • 機械材料・材料力学

出身大学 【 表示 / 非表示

  • 京都大学  工学部  機械工学科

    1994年03月,卒業

出身大学院 【 表示 / 非表示

  • 京都大学  工学研究科  エネルギー応用工学専攻

    修士課程,1996年03月,修了

  • 京都大学  エネルギー科学研究科  エネルギー変換科学専攻

    博士課程,1998年12月,修了

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(エネルギー科学),京都大学,1998年12月

  • 修士(工学),京都大学,1996年03月

  • 学士(工学),京都大学,1994年03月

学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 京都大学,助手,1998年12月 ~ 2004年09月

  • 名古屋大学,講師,2004年10月 ~ 2007年03月

  • 龍谷大学,非常勤講師,2000年10月 ~ 2001年03月

  • カーネギーメロン大学,客員研究員,2001年10月 ~ 2002年09月

  • 京都教育大学,非常勤講師,2003年04月 ~ 2004年09月

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所属学会・委員会 【 表示 / 非表示

  • 日本材料学会

  • 日本機械学会

  • 日本金属学会

  • 日本結晶成長学会

  • 日本計算工学会

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Molecular Dynamics Simulation of Grain Refinement in a Polycrystalline Material under Severe Compressive Deformation,Materials Sciences and Applications,8 918-932,2017年11月

    単著

  • Molecular Dynamics Simulation of the Variation in the Microstructure of a Polycrystalline Material under Tensile Load,Key Engineering Materials,748 375-380,2017年08月

    単著

  • Numerical Simulation of a Domain-Tessellation Pattern on a Spherical Surface Using a Phase Field Model,Open Journal of Modelling and Simulation,4 24-33,2016年

    単著

  • Molecular dynamics simulation on transformation-induced plastic deformation using a Lennard-Jones model,Key Engineering Materials,626 414-419,2015年

    単著

  • Phase-Field Modeling for the Three-Dimensional Space-Filling Structure of Metal Foam Materials,Open Journal of Modelling and Simulation,3 120-125,2015年

    単著

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著書 【 表示 / 非表示

  • Engineering Plasticity and Its Applications from Nanoscale to Macroscale,Trans Tech Publications,2007年01月

総説・解説記事 【 表示 / 非表示

  • 機械工学年鑑「計算力学:フェーズフィールドモデル」,日本機械学会,日本機械学会誌,112(1089) 616-617,2009年08月

  • 連続体力学に基づく相変化・相変態のシミュレーション---フェーズフィールドモデルによる数値解析---,養賢堂,機械の研究,61(2) 247-253,2009年02月

学術関係受賞 【 表示 / 非表示

  • 日本計算工学会論文奨励賞,2011年05月19日,日本国,日本計算工学会,上原拓也

  • 日本材料学会学術奨励賞,2009年05月23日,日本国,日本材料学会,上原拓也

  • 日本機械学会賞(論文),2008年04月08日,日本国,日本機械学会,上原拓也,辻野貴洋

  • 日本機械学会材料力学部門優秀講演表彰,2004年11月05日,日本国,日本機械学会,上原拓也

  • 日本結晶成長学会講演奨励賞,2003年10月28日,日本国,日本結晶成長学会,上原拓也

科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 基盤研究(C),2011年04月 ~ 2014年03月,フェーズフィールドモデルによるミクロ・マクロ連成力学解析手法の構築

    本研究では,複雑な微視組織を有する金属材料の変形挙動や力学特性を再現する数値解析モデルを構築することを目的とする.微視組織の複雑な形態形成過程と,巨視的な熱・力学的負荷に対する微視組織変化の解析にはフェーズフィールドモデルを,また,微視組織の影響を考慮した巨視的な力学特性と変形挙動の解析には結晶塑性論を用いることによって,微視組織が巨視的特性に及ぼす影響,および巨視的な熱・力学的負荷に伴う微視組織の変化を真に連成した解析モデルを構築するとともに,工学的な実用的問題への適用可能性を検証し,マルチスケールな力学解析モデルの完成を目指す.

  • 若手研究(B),2008年04月 ~ 2010年03月,材料の変形挙動と微視組織の形態変化に関する動的連成解析手法の構築

    材料の変形挙動と微視組織の形態変化に関する動的連成解析手法の構築

  • 若手研究(B),2006年04月 ~ 2008年03月,材料内部の微視組織形成と巨視的力学特性評価に関する数値解析モデルの構築

    本研究は,大きく分けると,メゾスケール解析モデルの構築,ナノスケール解析による特性評価,従来手法による解析との比較,検討,実用材料の解析への応用と検証,の4段階で構成しているが,初年度においては,まずメゾスケール解析モデルの構築について,フェーズフィールドモデルに基づいた基礎式の導出を行った.固液界面エネルギーや,結晶粒界エネルギーなど,既に用いられている界面エネルギーに加え,弾性ひずみエネルギーや塑性変形に伴う散逸エネルギーなど,力学的エネルギー項を考慮した導出によって,相変態・温度・応力の連成関係を考慮した解析が可能となった.この基礎式を用いて,デンドライトや多結晶体など,複雑な形態をもつ凝固組織形成過程の解析を行い,微視組織内部に生じる応力変化や残留応力分布を再現した.これらの組織形成過程においては,核生成から結晶粒成長および粒の衝突による粒界形成によって,複雑な応力が発生することを示した.また,ナノスケール解析による特性評価として,分子動力学モデルによる解析を行い,結晶粒界の形成と,その安定性についての考察を行った.静的な粒界エネルギーの評価では,界面を形成する結晶方位による粒界エネルギーの異方性が生じ,特定の方位関係をもつ粒界が低いエネルギーを持つことを確認した.また,動的な粒界形成シミュレーションでは,粒界近傍の原子を一旦融解させ,再凝固させたときに形成される粒界の構造について検討した.この解析によって,安定な粒界構造は,粒界をなす2結晶の方位差に強く依存することを確認した.

  • 若手研究(B),2004年04月 ~ 2006年03月,微視組織形成過程およびその材料強度特性への影響に関するマルチスケール解析

    微視組織形成過程における応力変化,および形成される微視組織が材料の強度特性に及ぼす影響を再現可能なマルチスケール解析モデルの構築を行うため,フェーズフィールドモデルを用いた基礎式の定式化を行った.これによって,各相の体積分率に基づいた扱いを行っていた従来の手法と異なり,フェーズフィールドモデルを導入することによって,異相境界面からなる形成される微視組織を対象とした解析が可能となった.この基礎式の検証としては,有限要素法による数値解析を行った.相変態および界面の移動に伴う応力変化が適切に再現できることを確認した後,多結晶体形成過程のシミュレーションを行い,相変態過程においては結晶粒界において大きな応力が発生すること,および多結晶組織においては,粒界付近に大きな残留応力が生じるとともに,結晶粒内にも残留応力分布が発生することを示した.また,それらは結晶核の間隔や,粒界形成の時期等に大きく影響を受けることを示した.ただし,これらの解析には,結晶方位に基づく力学特性の異方性,および結晶粒界における原子の再配列や結晶の回転等の挙動は考慮されておらず,局所的な力学特性を正確には再現できていない.そこで,分子動力学法を用いて粒界エネルギーの異方性を計算するとともに,粒界モデルを作成して粒界の形状および方位変化の解析を行い,粒界エネルギーの異方性と動的挙動の関係を調べた.その結果,いくつかの方位について,粒界エネルギーが小さく,安定な方位関係が存在することを示し,初期配置としてその方位を与えた場合,粒界はほぼ安定であるのに対し,それ以外の方位では粒界で局所的な変化が起こり,結晶粒の形状にも変化が生じることを示した.このような結晶方位と結晶粒形状の変化をフェーズフィールドモデルに取り込むことによって,結晶成長のみでなく,粒界形成後の再結晶化の解析を行う基礎を構築した.

  • 奨励研究(A),2000年04月 ~ 2001年09月,相変態過程の微視的解析とそれに基づくメゾおよびマクロな相変態モデルの構築

    相変態過程の微視的解析としては,分子動力学法による解析を行い,メゾおよびマクロな解析への展開として,フェーズフィールド法による解析を行った.フェーズフィールド解析は,デンドライト成長のようなメゾスケールでの相変態特性を表すとともに,分子動力学法による離散的扱いと,マクロな連続体モデルヘの展開モデルとして効果的であることを示した.具体的には以下の通りである. 微視的解析:微視的解析手法には分子動力学法によるシミュレーションを用い,固液相変態を対象として,固液界面の安定性,界面エネルギー,固液平衡温度,結晶成長のカイネティックス係数,およびそれらの結晶方位依存性などについて,原子レベルからの解析を行った.また固相変態についても,Ni-Al系合金のマルチンサイト変態に関するシミュレーションを行い,せん断型の相変態が進行する過程を原子レベルで明らかにするとともに,実験的に得られている応力ひずみ関係のヒステリシスループを再現するなど,マクロなモデルと定性的な一致を示した. メゾ・マクロな相変態モデル:微視的解析結果を基に,実験的に観測される相変態特性や物性を再現するため,フェーズフィールドモデルによる解析を行った.微視的解析によって得られた結果を基に,フェーズフィールドモデルに必要なパラメータを算出し,結晶方位に依存した異方性を導入することによって結晶成長過程のシミュレーションを行った.その結果,界面エネルギーとカイネティックス係数の異方性の大きさによって,得られる結晶の形態が大きく異なることを明らかにした.すなわち,界面エネルギーの異方性が相対的に大きいときには,ファセット状の平らな界面をもつ結晶形態となり,カイネティックス係数の異方性が大きいときにはデンドライト状の成長をみせることを明らかにした.

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担当授業科目 【 表示 / 非表示

 

学会・委員会等活動 【 表示 / 非表示

  • 日本材料学会,理事,2010年05月 ~ 2011年03月

  • 日本材料学会,評議員,2010年05月 ~ 2011年03月

  • 日本材料学会,代議員,2011年03月 ~ 継続中

相談に応じられる分野 【 表示 / 非表示