研究分野
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ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 材料力学、機械材料
出身大学
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京都大学 工学部 機械工学科
1994年03月,卒業
出身大学院
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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
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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
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博士(エネルギー科学),京都大学,1998年12月
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修士(工学),京都大学,1996年03月
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学士(工学),京都大学,1994年03月
学外略歴
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京都大学,助手,1998年12月 ~ 2004年09月
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名古屋大学,講師,2004年10月 ~ 2007年03月
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山形大学,准教授,2007年04月 ~ 2014年03月
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山形大学,教授,2014年04月 ~ 継続中
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龍谷大学,非常勤講師,2000年10月 ~ 2001年03月
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カーネギーメロン大学,客員研究員,2001年10月 ~ 2002年09月
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京都教育大学,非常勤講師,2003年04月 ~ 2004年09月
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文部科学省研究振興局,学術調査官,2008年08月 ~ 2010年07月
所属学会・委員会
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日本材料学会
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日本機械学会
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日本金属学会
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日本結晶成長学会
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日本計算工学会
論文
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Phase-Field Modeling of the Rearrangement Process of Foam Structures Considering Pressure Effects,Materials Sciences and Applications,16 1-10,2025年01月
Takuya Uehara
単著
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Deformation Simulation of a Soft-sheet Material Using Particle Method,European Journal of Applied Sciences,11 296-303,2023年10月
Takuya Uehara
単著
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Simulation of Crack Pattern Formation Due to Shrinkage in a Drying Material,Open Journal of Modelling and Simulation,11 1-13,2022年12月
Takuya Uehara
単著
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乾燥による収縮で生じるひび割れ模様形成のシミュレーション,M&M材料力学カンファレンス,2022(0) OS0802,2022年
上原 拓也
単著
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Simulation of Polyhedral Crystal Growth Based on the Estimated Surface Energy of Crystallographic Planes,Materials Sciences and Applications,12 519-533,2021年11月
Takuya Uehara
単著
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多面体型結晶の成長に伴う表面エネルギー変化,M&M材料力学カンファレンス,2021(0) OS1011,2021年
上原 拓也
単著
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Numerical Evaluation of the Surface Energy of Polyhedral Nanoparticles,Materials Sciences and Applications,11 837-850,2020年12月
Takuya Uehara
共著(国内のみ)
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Modeling of Aadhesive Particles Using a Combination of the Two-body Interaction and Phase-Field Methods,Open Journal of Modelling and Simulation,8(2) 35-47,2020年04月
Takuya Uehara
単著
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金属ナノ粒子の形状と表面エネルギーに関する分子動力学シミュレーション,東北支部総会・講演会 講演論文集,2020.55(0) 172_paper,2020年
藤原 隼弥, 上原 拓也
単著
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A Molecular Dynamics Study on the Effects of Lattice Defects on the Phase Transformation from BCC to FCC Structures,Materials Sciences and Applications,10(8) 543-557,2019年08月
Takuya Uehara
単著
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Molecular Dynamics Simulation of the Influence of Lattice Defects on Bcc-Fcc Phase Transformation,Proc. of the 13th Int. Conf. on the Mechanical Behaviour of Materials (ICM13),216-221,2019年06月
Takuya Uehara
単著
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Molecular Dynamics Simulation of the Influence of Lattice Defects on Bcc-Fcc Phase Transformation,Proc. of the 13th Int. Conf. on the Mechanical Behaviour of Materials (ICM13),216-221,2019年06月
Takuya Uehara
単著
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二体間相互作用とフェーズフィールドによる粒子凝着過程のシミュレーション,計算力学講演会講演論文集,2019.32(0) 210,2019年
上原 拓也
単著
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Modeling and Simulation of Particle-Packing Structures and Their Stability Using the Distinct Element Method,Open Journal of Modelling and Simulation,6(4) 59-70,2018年10月
Takuya Uehara
単著
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Molecular dynamics simulation of the initiation of plastic deformation in nanocrystalline material,Proc. of the 9th Int. Conf. on Computational Methods (ICCM2018),700-705,2018年08月
Takuya Uehara
単著
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Molecular dynamics simulation of the initiation of plastic deformation in nanocrystalline material,Proc. of the 9th Int. Conf. on Computational Methods (ICCM2018),700-705,2018年08月
Takuya Uehara
単著
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多面体構造形成過程のフェーズフィールドシミュレーション,計算力学講演会講演論文集,2018.31(0) 285,2018年
上原 拓也
単著
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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
Takuya Uehara
単著
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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
Takuya Uehara
単著
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Numerical Simulation of a Domain-Tessellation Pattern on a Spherical Surface Using a Phase Field Model,Open Journal of Modelling and Simulation,4(2) 24-33,2016年04月
Takuya Uehara
単著
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Phase-Field Modeling for the Three-Dimensional Space-Filling Structure of Metal Foam Materials,Open Journal of Modelling and Simulation,3(3) 120-125,2015年07月
Takuya Uehara
単著
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Molecular dynamics simulation on transformation-induced plastic deformation using a Lennard-Jones model,Key Engineering Materials,626 414-419,2015年
Takuya Uehara
単著
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Numerical simulation of foam structure formation and destruction process using phase-field model,Advanced Materials Research,1042 65-69,2014年
Takuya Uehara
単著
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Molecular Dynamics Simulation of Stick-Slip Friction on a Metal Surface,Applied Mechanics and Materials,459 26-33,2014年
Takuya Uehara
単著
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Molecular Dynamics Simulation of Tensile Properties of Nano-layered Materials,Advanced Materials Research,741 79-83,2013年08月
Takuya Uehara
単著
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Curing reaction of epoxy resin composed of mixed base resin and curing agent: Experiments and molecular simulation,Polymer,54 4660-4668,2013年06月
Tomonaga Okabe, Tomohiro Takehara, Keisuke Inose, Noriyuki Hirano, Masaaki Nishikawa, Takuya Uehara
共著(海外含む)
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Grain growth simulation of precipitated phase on surface and evaluation of the residual stress distribution,Advanced Materials Research,538-541 322-325,2012年06月
Takuya Uehara
単著
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Numerical simulation of homogeneous polycrystalline grain formation using multi-phase-field model,Applied Mechanics and Materials,197 2610-2614,2012年06月
Takuya Uehara, Hideyuki Suzuki
共著(海外含む)
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An atomistic study on the slip deformation mechanism of crystalline materials using a weak-plane model,Applied Mechanics and Materials,197 2070-2075,2012年06月
Takuya Uehara
単著
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An Approach for Modeling Transformation Plasticity Using a Phase Field Model,Advanced Materials Research,320 285-290,2011年08月
Takuya Uehara
単著
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Computer Simulation of Microscopic Stress Distribution in Complex Microstructure Using a Phase Field Model,Journal of Shanghai Jiaotong University (Science),16(3) 291-295,2011年06月
Takuya Uehara
単著
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A phase field modelling for multi-scale deformation mechanics of polycrystalline metals,Procedia Engineering,10 1779-1784,2011年06月
Takuya Uehara
単著
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Evaluation of the stress distribution in a cellular microstructure using a phase field model,Journal of Crystal Growth,312(8) 1425-1428,2010年04月
Takuya Uehara
単著
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Numerical study on the evolution of stress distribution in cellular microstructures,International Journal of Materials Research,101(4) 486-491,2010年04月
Takuya Uehara
単著
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一方向凝固におけるセル状組織形成と応力分布のフェーズフィールドシミュレーション,日本計算工学会論文集,2009 20090023-(6 pp),2009年11月
上原拓也
単著
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Molecular dynamics simulation of shape-memory behaviour using a multi-grain model,Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering,17(3) 035011-(15 pp),2009年04月
Takuya Uehara, Chihiro Asai, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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多結晶モデルによる形状記憶合金の変形挙動に関する分子動力学シミュレーション,材料,57(12) 1217-1223,2008年12月
上原拓也, 浅井千尋, 大野信忠
共著(国内のみ)
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An atomistic study of grain boundary stability and crystal rearrangement using molecular dynamics techniques,International Journal of Mechanical Sciences,50(5) 956-965,2008年05月
Takuya Uehara, Naoki Wakabayashi, Yoshitaka Hirabayashi, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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Simulations on the stress evolution and residual stress in precipitated phase using a phase field model,Journal of Computational Science and Technology,2(1) 142-149,2008年05月
Takuya Uehara, Takahiro Tsujino
共著(海外含む)
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Phase field simulations of stress distributions in solidification structures,Journal of Crystal Growth,310(7-9) 1331-1336,2008年04月
Takuya Uehara, Motoshi Fukui, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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フェーズフィールドモデルによる凝固組織形成と応力分布の数値解析,材料,57(3) 231-236,2008年03月
上原拓也, 福井基支, 大野信忠
共著(国内のみ)
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Molecular dynamics simulations on grain-boundary behavior and its application to phase-field modeling,Key Engineering Materials,345/346 971-974,2007年08月
Takuya Uehara, Yoshitaka Hirabayashi, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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Molecular dynamics simulations of crystal rearrangement at grain boundaries and the vicinity,Key Engineering Materials,340/341 1003-1008,2007年06月
Takuya Uehara, Naoki Wakabayashi, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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Elasto-plastic simulation of stress evolution during grain growth using a phase field model,Journal of Crystal Growth,300(2) 530-537,2007年03月
Takuya Uehara, Takahiro Tsujino, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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Phase Field Simulation of Stress Evolution during Grain Growth,ICCES online,2(3) 61-66,2007年
Takuya Uehara, Motoshi Fukui and Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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Molecular dynamics simulations of the shape-memory behavior based on martensite transformation and shear deformation,JSME International Journal, Series A,49(3) 300-306,2006年07月
Takuya Uehara, Takato Tamai, Nobutada Ohno
共著(海外含む)
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フェーズフィールドモデルによる析出相内部の応力変化と残留応力のシミュレーション,日本機械学会論文集(A編),72(718) 849-855,2006年06月
上原拓也, 辻野貴洋
共著(国内のみ)
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フェーズフィールドモデルを用いた変態-熱-応力連成解析の定式化,日本機械学会論文集(A編),72(716) 438-444,2006年04月
上原拓也, 辻野貴洋
共著(国内のみ)
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An atomistic study on shape-memory effect by shear deformation and phase transformation,Mechanics of Advanced Materials and Structures,13(2) 197-204,2006年03月
Takuya Uehara, Takato Tamai
共著(海外含む)
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EAMポテンシャルによるNi-Al合金における形状記憶効果の分子動力学シミュレーション,日本機械学会論文集(A編),71(705) 717-723,2005年05月
上原拓也, 玉井崇登
共著(国内のみ)
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Phase field simulation of stress evolution during solidification, Journal of Crystal Growth,Journal of Crystal Growth,275(1-2) e219-e224,2005年02月
Takuya Uehara, Takahiro Tsujino
共著(海外含む)
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Molecular Dynamics Study on Nano Structure and Shape-memory Property of Ni-Ti Alloy,Transactions of the Materials Research Society of Japan,29 3615-3618,2004年12月
Tomohiro Sato, Ken-ichi Saitoh, Takuya Uehara, Noboru Shinke
共著(海外含む)
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Phase field simulations of faceted growth for strong anisotropy of kinetic coefficient,Journal of Crystal Growth,254(1-2) 251-264,2003年06月
Takuya Uehara, Robert F. Sekerka
共著(海外含む)
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面心立方格子における熱伝導の異方性に関する分子動力学シミュレーション,日本機械学会論文集(A 編),67(656) 625-631,2001年04月
上原拓也, 上原秀和, 井上達雄
共著(国内のみ)
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Phase transformation and related thermo-mechanical behaviour: A molecular dynamics approach,Journal de Physique IV,9(Pr9) 341-349,1999年09月
Tatsuo Inoue, Takuya Uehara
共著(海外含む)
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薄膜の溶融・凝固過程における表面形状と微視構造変化の分子動力学シミュレーション,日本機械学会論文集(A 編),64(626) 2448-2455,1998年10月
上原拓也, 井上達雄
共著(国内のみ)
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Molecular dynamics simulation of heat conduction and thermal stress in relation with continuum mechanics,Materials Science Research International,4(1) 45-52,1998年03月
Takuya Uehara, Tatsuo Inoue
共著(海外含む)
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溶融・凝固過程における相変態, 温度および応力の 分子動力学シミュレーション,日本機械学会論文集(A編),63(614) 2135-2142,1997年10月
上原拓也, 井上達雄
共著(国内のみ)
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日本刀の焼入れにおける焼刃土の効果,材料,44(498) 309-315,1995年03月
上原拓也, 井上達雄
共著(国内のみ)
著書
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Engineering Plasticity and Its Applications from Nanoscale to Macroscale,Trans Tech Publications,2007年01月
Nobutada Ohno, Takuya Uehara
総説・解説記事
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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
上原拓也
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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
上原拓也
学術関係受賞
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日本材料学会令和3年度支部功労賞,2022年05月30日,日本国,日本材料学会,上原拓也
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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
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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
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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
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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
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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
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基盤研究(C),2021年04月 ~ 2024年03月,フォーム構造の数理モデリングと構造安定化のシミュレーション
本研究では,フォーム(foam:泡)のセル構造とその時間変化を数理モデル化し,構造が変化する様子を計算機シミュレーションで再現する.
まずはフォーム構造体を構成する個々のセル形状を数理的にモデル化し,安定な構造を求めた後,全体のフォーム構造を多数のセルの集合体と
してモデル化する.さらに,その時系列変化を定式化することによって,フォーム構造の形成から安定化(または消滅)に至る過程を数理的に
表現する.また,計算機シミュレーションを行うことで,実在のフォーム構造の変化を再現する. -
基盤研究(C),2017年04月 ~ 2020年03月,結晶粒界ダイナミクスのナノスケール解析とマイクロスケール理論の構築
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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.
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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
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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.
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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.
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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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特別研究員奨励費,1998年04月 ~ 1998年11月,移動・成長境界問題の巨視的及び微視的熱・力学解析
移動・成長境界問題の巨視的及び微視的熱・力学解析
研究シーズ
担当授業科目
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2024年度,連続体の振動学
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2024年度,材料科学
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2024年度,基礎材料力学及び演習
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2023年度,微分積分学Ⅱ(数理科学)
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2023年度,連続体の振動学
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2023年度,基礎材料力学及び演習
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2023年度,基礎材料力学及び演習
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2023年度,材料科学
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2023年度,機械システム工学特別講義
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2023年度,材料システム学特論
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2023年度,グローバル機械システム工学特論Ⅰ
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2022年度,連続体の振動学
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2022年度,微分積分学Ⅱ(数理科学)
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2022年度,基礎材料力学及び演習
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2022年度,材料科学
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2022年度,機械システム工学特別講義
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2022年度,材料システム学特論
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2022年度,グローバル機械システム工学特論Ⅰ
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2021年度,微分積分学Ⅱ(数理科学)
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2021年度,工業数学
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2021年度,材料科学
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2021年度,材料システム学特論
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2021年度,グローバル機械システム工学特論Ⅰ
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2020年度,微分積分学Ⅱ(数理科学)
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2020年度,工業数学
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2020年度,材料科学
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2020年度,材料システム学特論
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2019年度,微分積分学Ⅱ(数理科学)
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2019年度,工業数学
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2019年度,材料科学
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2018年度,機械システム工学特別実験A
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2018年度,機械システム工学特別演習A
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2018年度,機械工学基礎Ⅰ
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2018年度,工業数学
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2018年度,材料科学
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2018年度,材料システム学特論
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2018年度,機械システム工学特別実験A
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2018年度,機械システム工学特別演習A
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2018年度,材料科学
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2013年度,基礎製図
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2013年度,材料システム学
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2013年度,材料科学
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2013年度,材料力学特論
学会・委員会等活動
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日本材料学会,理事,2010年05月 ~ 2012年04月
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日本材料学会,評議員,2010年05月 ~ 2012年05月
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日本材料学会,代議員,2011年03月 ~ 継続中
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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
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材料の微視組織形成過程の計算機シミュレーション
http://www2.yz.yamagata-u.ac.jp/research/seeds/pdf22_j/8_13uehara.pdf