エネルギー科学の学理の確立をはかる

エネルギー材料設計

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新機能創出型材料とエネルギー関連機器の設計

エネルギー変換に用いる各種材料と機器設計の方法論を確立するための理論的・実験的研究を行っています。具体的には、耐疲労設計のための疲労シミュレーション解析、先進セラミックスや高機能薄膜被覆材料の強度解析、非弾性体の構成関係と微視的変形挙動の解析、高次勾配など複雑固体のモデル化と数値解法の開発、分子動力学法およびフェーズフィールドモデルによる相変態を含む非定常な熱・力学プロセスの解析とアルゴリズムの検討などを行っています。以下に、具体的な研究テーマの例をいくつか紹介します。

機械・要素の健全性評価

身近にあるあらゆる機器はそれらを使っているうちに壊れることが多々あり、それらが壊れる原因の多くは金属材料が使われている場合には金属疲労として知られている疲労という現象によるものです。このような疲労による破壊を未然に防止、あるいは制御して、我々の日常生活における安全性をより向上させるため、疲労という現象を実験やシミュレーションによって研究をしています。また、発電用タービンや車載用ターボチャージャ用の高温タービンブレードとして期待されている高機能セラミックス、また自動車の排ガス浄化触媒や石炭火力発電システムの脱塵フィルタとして環境負荷低減に役立つ多孔質セラミックスなどの先進セラミックスの実用時の健全性を保証するため、その強度を実験的に調べ、さらにシミュレーションによって強度を推定する方法について研究を行っています。併せて、機能性薄膜をスパッタ法により創成し、その物理的諸特性に関する実験的・数値解析的研究も行っています。

非弾性構成関係と微視的変形挙動の解析

高温機器の安全性を確保するために,構造材料の変形挙動を,マクロな視点とミクロな視点の双方から理論的,解析的さらに実験的に検討しています.具体的には,結晶塑性学によって粒界すべりや表面粗面化を数値的に検討するとともに,損傷の起点形成やひずみの集中について実験による対応関係を解析しています.また,高度な非弾性構成関係を用いた有限要素法を用いて,構造材料の変形挙動の解析や強度評価を試みています.さらに,複雑な固体の変形挙動を記述するために,高次勾配理論の理論的・解析的検討や形態力の概念を導入した非線形連続体力学の枠組みの構築を行なっています.

非弾性構成関係と微視的変形挙動の解析

ミクロ/ナノスケールのシミュレーション

材料の変形や強度などのマクロ特性には,結晶粒,凝固組織などのミクロスケールから,転位や格子欠陥といった原子スケールの現象が大きく影響します.そのため,ミクロおよびナノスケールでの熱・力学的な材料挙動の解析が不可欠です.そこで,フェーズフィールドモデルによるデンドライト成長や多結晶体形成のシミュレーション,分子動力学法による界面特性の解析や相変態シミュレーションなどを行っています.また,これらとマクロスケールをつなぐマルチスケールモデルに関する研究を進めています.

ミクロ/ナノスケールのシミュレーション

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