アモルファス材料における力の伝播メカニズムを解明 〜高強度・高耐性粉体材料の新規開発に期待〜

図４　(a)ポテンシャルの弾性率揺らぎの強度依存性。(b)ポテンシャル変化量と弾性率揺らぎの強度の相関。Logーlog プロットしており、点線はΔの２乗。(c) ポテンシャル変化量と密度分布の相関。点線はσの２乗。(d)相関距離と弾性率揺らぎを組み込んだ実効的弾性率の揺らぎ強度とポテンシャル変化量。点線はΔr の２乗。

5　 研究の意義と波及効果

　 アモルファス材料において、力の伝播機構の解明が望まれていました。そこで、配置や内部の相互作用を弾性率に組み込んだ粗視化粒子シミュレーションを行いました。その結果、局所的に弾性率の高い場所とそれに挟まれた領域にフォースチェーンが形成されることがわかりました。これは挟まれた領域の密度変化によって起きたことがわかりました。また、フォースチェーンが形成される系ではポテンシャルエネルギーが小さくなることがわかりました。 今回の研究から、局所的な弾性率が均一であるほど、体積弾性率が高いことがわかりました。すなわち、材料が固くなることを意味しています。また、力の分布も均一になるため、応力集中による材料の破壊が起こりにくくなると期待されます。局所的な弾性率の起源がまだわかっていませんが、これが解明されることで、高強度で交代性の粉粒体材料の開発が期待されます。

 

【用語解説】

（注１） フォースチェーン：系に外力をかけたときに、内部に鎖状に力が伝播すること。

（注２） アモルファス：粒子や原子がランダムに配置されている状態。

（注３） 体積弾性率：構造の硬さの指標の一つで、圧縮歪みに対する反発力の大きさを決める。１次元であれば、バネ定数と同じとなる。

【発表論文】

＜タイトル＞ “Formations of force network and softening of amorphous elastic materials from a coarsen-grained particle model”

＜著者名＞ Rei Kurita、 Yuto Tamura and Marie Tani

＜雑誌名＞ Scientific Reports

＜DOI＞ https://doi.org/10.1038/s41598-024-59498-2

 

関連URL：https://kyodonewsprwire.jp/release/202404189673

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