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公開番号2025162537
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-27
出願番号2025065189
出願日2025-04-10
発明の名称き裂解析方法、プログラム、材料設計支援方法及び材料設計方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G06F 30/20 20200101AFI20251020BHJP(計算;計数)
要約【課題】結晶界面上のき裂を簡便かつ客観的に解析可能な、き裂解析方法、プログラム、材料設計支援方法及び材料設計方法が提供される。
【解決手段】き裂解析方法は、原子シミュレーションで結晶界面上のき裂を解析する、き裂解析方法であって、結晶界面を含む原子モデルを準備する原子モデル準備工程と、原子モデルを変形させる変形工程と、変形工程による変形の前後の原子モデルをボロノイ分割し、ボロノイ体積とボロノイ体積の頻度を算出する第1算出工程と、ボロノイ体積とボロノイ体積の頻度との関係に基づいて、結晶界面上のき裂を解析する解析工程と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原子シミュレーションで結晶界面上のき裂を解析する、き裂解析方法であって、
結晶界面を含む原子モデルを準備する原子モデル準備工程と、
前記原子モデルを変形させる変形工程と、
前記変形工程による変形の前後の前記原子モデルをボロノイ分割し、ボロノイ体積とボロノイ体積の頻度を算出する第１算出工程と、
前記ボロノイ体積と前記ボロノイ体積の頻度との関係に基づいて、前記結晶界面上のき裂を解析する解析工程と、を含む、き裂解析方法。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記解析工程は、前記ボロノイ体積に対する前記ボロノイ体積の頻度をプロットして得られる波形についてピーク分離を行い、前記結晶界面のボロノイ体積を超えるボロノイ体積を有するピークを前記結晶界面上のき裂によるものと判定する、請求項１に記載のき裂解析方法。
【請求項３】
前記変形工程による変形の前後の前記原子モデルを可視化する可視化工程と、
可視化された前記原子モデルの欠陥の情報を抽出する抽出工程と、
前記欠陥の情報と解析された前記結晶界面上のき裂の情報との関係に基づいて、前記き裂を定量化して定量値を算出する第２算出工程と、をさらに含む、請求項１又は２に記載のき裂解析方法。
【請求項４】
原子シミュレーションで結晶界面上のき裂を解析するために、前記原子シミュレーションを実行するコンピュータに、
結晶界面を含む原子モデルを準備する原子モデル準備工程と、
前記原子モデルを変形させる変形工程と、
前記変形工程による変形の前後の前記原子モデルをボロノイ分割し、ボロノイ体積とボロノイ体積の頻度を算出する第１算出工程と、
前記ボロノイ体積と前記ボロノイ体積の頻度との関係に基づいて、前記結晶界面上のき裂を解析する解析工程と、を実行させる、プログラム。
【請求項５】
請求項３に記載のき裂解析方法によって算出された定量値を用いて、破断開始時における前記き裂の大きさを算出する工程と、
算出された破断開始時における前記き裂の大きさに基づいて、材料の設計指針を出力する工程と、を含む、材料設計支援方法。
【請求項６】
請求項５に記載の材料設計支援方法によって出力された前記材料の設計指針に従って、前記材料を設計する、材料設計方法。
【請求項７】
前記原子シミュレーションにおいて機械学習を活用した力場を利用し、前記力場はき裂が発生する前駆段階の原子構造のデータを組み込んだ学習データを用いて生成される、請求項１又は２に記載のき裂解析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、き裂解析方法、プログラム、材料設計支援方法及び材料設計方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
材料の破壊過程の解析では、特に、結晶界面上に生じるき裂を解析することが有効であると考えられる。例えば原子シミュレーションを用いて、結晶界面を起点とする破壊現象の解析が行われている。
【０００３】
原子シミュレーションを用いる解析では、結晶界面モデルに対して変形を加えることで、結晶界面を起点とする破壊現象、すなわち、き裂の生成及び成長過程をシミュレーションする。結晶界面の特性を理解するために、例えば破壊に必要な応力及びひずみなどの原子モデルについての全体的な情報だけでなく、結晶界面上で生じるナノレベルのき裂の生成及び成長挙動などの局所的な情報を理解することが重要である。
【０００４】
近年の原子シミュレーションを用いる学術研究において、結晶界面が破断する直前に、結晶界面上にナノレベルのき裂が形成されることが示唆されている。ここで、ナノレベルのき裂は、サイズの大きな原子空孔クラスターと扱うことができる。原子シミュレーションにおける空間は、バルク部（母相）、結晶界面及びナノレベルのき裂を含み、それぞれ以下のように区別することができる。バルク部は結晶であり、最も密度が高い。結晶界面は、バルク部より密度が低い領域である。そして、ナノレベルのき裂は、結晶界面よりもさらに密度が低い領域であって、破壊の原因となる。
【０００５】
ここで、結晶界面は結晶構造が乱れた面状の格子欠陥である。結晶構造が乱れるとは、結晶構造が連続でないことを含む。そのため、原子モデルのバルク部と比べて密度が低いことから、結晶界面はナノレベルのき裂と類似した特徴を有する。結晶界面上にナノレベルのき裂が発生する場合に、異なる種類の欠陥が同一位置に混在しているため、解析が複雑になるという課題がある。
【０００６】
ここで、例えば特許文献１は、結晶界面モデル（結晶界面を含む原子モデル）を生成する方法を開示する。また、特許文献２は、原子モデルの欠陥位置を解析する方法を開示する。特許文献２は、粒子が占有する領域を表現したボロノイ多面体を用いて粒子密度及び欠陥の判別を行なって分割セルを分類することも記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００５－１１３２８号公報
特開平６－３０２６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、従来、き裂の判定について、座標データを用いて結晶界面モデルを可視化し、目視のみで評価が行われることが多かった。目視のみによるき裂の判定は客観性に欠けるという問題があった。
【０００９】
例えば特許文献１の方法を用いて結晶界面モデルを生成し、生成された結晶界面モデルに対して変形を加えることによって、結晶界面を起点とする破壊をシミュレーションすることが可能である。しかし、このシミュレーションに特許文献２の分類の手法を適用しても、結晶界面上に生じたナノレベルのき裂と結晶界面を区別することは困難である。上記のように結晶界面はナノレベルのき裂と類似した特徴を有するが、特許文献２でこれらを正確に区別することについて検討していないためである。
【００１０】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、結晶界面上のき裂を簡便かつ客観的に解析可能な、き裂解析方法、プログラム、材料設計支援方法及び材料設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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