【研究分野】金属物性

【研究領域課題番号】12450261 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

非周期構造 / 準結晶 / アモルファス金属 / 変形応力 / 計算機シミュレーション / 転位 / パイエルス機構 / 計算機 / 金属ガラス / シミュレーション / 構造モデル / パイエルス・ポテンシャル / 準周期構造モデル

【研究成果の概要】

結晶と同様にすべり過程で塑性変形することが知られている非周期構造無機固体の準結晶と金属ガラスについて、塑性変形の微視的過程を広範な条件下での実験および計算機シミュレーションによって解明することを目的とした。
(1)さまざまな準結晶について高温塑性変形実験を行い、準結晶が普遍的に(a)0.75Tm(Tm:融点)以上の高温で塑性変形が可能で降伏応力は温度上昇と共に急激に減少すること、(b)大きな加工軟化を示すことを明らかにし、(c)熱活性化解析の結果、軟化が活性化エンタルピーの減少に起因することを示した。準周期格子中の転位に関するシミュレーションの結果、転位の移動にはフェイゾン形成に伴う抵抗と準周期パイエルス・ポテンシャルによる抵抗が重塁し、高温ではキンク対形成エネルギーが転位速度を律速すると結論した。フェイゾンを含まない準結晶では大きなパイエルス・ポテンシャルでのキンク対形成が転位速度を律速し、塑性変形によってフェイゾン歪みが増加すると小さなパイエルス・ポテンシャルでのキンク対形成が律速するという変形モデルによって実験結果が説明できることを明らかにした。
(2)バルク金属ガラスを広い温度範囲で圧縮変形し、準結晶と異なりその降伏応力は極低温まで殆ど温度に依存しないことを示した。金属ガラス中でどのような転位がすべり過程に寄与しているのかを明らかにする目的で計算機シミュレーションを行った。逆モンテカルロ法によりNi-Nb2元素金属ガラスのモデルを作成し、原子間ポテンシャルで緩和した。このモデルに転位を導入して緩和すると、バーガース・ベクトルが約3Å以上のときに転位が安定に存在しうることが示された。この最小バーガース・ベクトルの転位によるすべり過程のモデルが想定されるが、転位のすべり過程のシミュレーションは未完成であり、変形機構の確定までには至らなかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】14,400千円 (直接経費: 14,400千円)

【研究分野】教育工学

【研究領域課題番号】07458031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

授業技術 / 教授スキル / 授業シミュレーション / 構造モデル / 教授行動 / アセスメント / 過程決定 / 授業分析 / 授業設計支援 / シミュレーション / 授業設計

【研究成果の概要】

これまで授業を対象とした授業研究の方法論は数多く提案されてきているが,これらを大別すると,(1)心理学的方法,(2)工学的方法,(3)誌学的方法,(4)文化人類学的方法,(5)現象学的方法の5つになると考えられる.しかしながら,これらの方法のなかで具体的に教師の教授行動の変容を目的としているのは,工学的方法の一部であるマイクロティーチングやシミュレーション的な手法である.
本研究は,これらの手法をさらに発展させて,教師の実践的能力を高めていく目的に対しては,結果の良し悪しという一般的な評価(evaluation)よりも,教授・学習過程のそれぞれの時点(状態)で選択可能な授業展開と教授行動を予測し,そのなかから最適な行動を選択していく教授行動の選択肢間の評価(アセスメント,assessment)の概念を適用したシミュレーション・モデルが有効であるという視点に立ち,その方法論の構築,展開を目指しているものである.
3年間の研究期間を経て,授業を教師が意思決定する状態の遷移過程としてとらえ,また同時にファジィ集合の確率的多段階決定過程とみなしながら,授業のある状態をSiとして,教師の選択可能な教授行動をSi,j,子どもの反応系列をRi,j,と定義づけた.結果として,授業は[Si,j, Ri,j](i,j=1,・・・・・・n)として表現でき,この考え方を基にして,授業の構造化モデルを設定・開発し,すぐれたベテラン教師(斎藤喜博,武田常夫,大村はま)による教育実践を構成する要素,背景をさまざまな記録を基に,解明することができた.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1995 - 1997

【配分額】7,500千円 (直接経費: 7,500千円)

【研究分野】物性一般

【研究領域課題番号】60540232 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アモルファス / 構造モデル / シミュレーション / 構造分析

【研究成果の概要】

本研究計画では, 以下の問題点に関して仕事を進めて来た. 三年間の研究の結果, 各々のテーマに関して満足すべき結果が得られている.
(1)等温・等圧の分子動力学法コンピューターシミュレーションにより, 計算機の中でアモルファス構造を作製. 特に, 等圧下で温度を順次変化して, 低温のfcc構造を熱したときには融解がおこることを確かめた. 計算機の中で融解を実現したのはこれが初めてである. さらに高温の液体を徐冷した場合には, 体積の急速な変化を経て結晶化がおこり, 急冷した場合にはガラス転移を経てガラス転移を実現してみせた.
(2)アモルファス構造のミクロな構造分析:このようにして得られたアモルファス構造の原子配置に関しては, コンピューターの中に全ての情報が入っているので, これを上手に処理して, アモルファス構造の本質的な特徴をおさえることができた. 特に二十面体的対称性をもつクラスターが, アモルファス構造の安定化に働くことを確認した.
(3)上述の方法で構築したアモルファス構造をアニールした際に, 原子の配置が時間的にどのように変化するかを視覚的に見るために, これを映画およびビデオの形に表現することができた.
(4)バルクのアモルファス半導体およびアモルファス半導体超格子の光吸収係数の理論的研究: 特に, バルクのものでは, ゆらぎの分布の形と光吸収係数の裾の形の相関を調べた. 又後者では, 井戸層の厚さの変化を, (a)C軸方向のトンネルの大きさ, (b)C軸方向のトンネルの大きさのゆらぎの大きさ, (c)井戸層内のゆらぎの大きさ, に反映させて理論を表式化し, 実験の解釈を行った.

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1985 - 1987

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)