초록 ▼

□ 연구개요
본 연구 과제의 최종 목표는 원자/분자 동역학과 전위 동역학이란 서로 다른 기법을 활용하여 결정립계(grain boundary, GB)를 구성하는 GB 전위 네트워크의 물리적 특성(예. 이동성, 반응성)이 반영된 다중 스케일 전산 모사 기법을 개발하고 이를 이용하여 다결정 재료의 소성 거동을 이해하고 그 기작을 제시한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도(2016)
○ BCC 결정 재료의 GB 전위 네트워크 형상 결정
- 분자 동역학을 이용하여 BCC Ta (탄탈륨)에서 고각

□ 연구개요
본 연구 과제의 최종 목표는 원자/분자 동역학과 전위 동역학이란 서로 다른 기법을 활용하여 결정립계(grain boundary, GB)를 구성하는 GB 전위 네트워크의 물리적 특성(예. 이동성, 반응성)이 반영된 다중 스케일 전산 모사 기법을 개발하고 이를 이용하여 다결정 재료의 소성 거동을 이해하고 그 기작을 제시한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도(2016)
○ BCC 결정 재료의 GB 전위 네트워크 형상 결정
- 분자 동역학을 이용하여 BCC Ta (탄탈륨)에서 고각 대칭 기울임 결정계 및 저각 대칭 기울임 결정립계 원자 단위 모델링 및 계면 에너지 계산
- AIFB 방법을 통한 Σ5 대칭 기울임 결정립계의 계면 전위 특성 분석
○ GB 전위 네트워크 이동성 추출
- 분자 동역학을 이용하여 전단 변형에 따른 저각도 및 고각도 결정립계의 이동 메커니즘 분석
- 분자동역학을 이용하여 전단 변형에 따른 저각도 및 고각도 결정립계의 이동 속도 분석
(2) 2차년도(2017)
○ GB 전위의 반응 기작 연구
- 저각도 결정립계 및 고각도 결정립계의 전단 변형 거동 분석
- 전위와 결정립계 사이의 상호작용 분석
○ GB 전위의 물리적 특성 반영된 전위 동역학(DD) 개발
- DDLab code를 확장하여 대칭 기울임 결정립계 전산 모사
(3) 3차년도(2018) ~ 4차년도(2019.05.31)
○ DD를 활용한 계면에서의 집합적인 전위 거동 분석
- 전위 동역학 (Dislocation dynamics, DD) 병렬 코드 성능 최적화
- 결정립계의 특성을 반영하여 수정한 DDLab code를 이용하여 전위와 결정립계 사이의 상호작용 분석
○ 이종 재료 간 계면 적용성 검토
- 펄라이트 강의 이종 계면 원자 단위 모델링 및 방위 관계 검증
- 페라이트/세멘타이트 계면에서 발달되는 계면 전위의 특성 분석
- 이종 재료 계면 전위에 따른 평면 전단 변형 거동 분석
- 펄라이트의 변형 거동에 대한 하중 방향과 적층 크기의 영향 분석

□ 연구개발결과의 중요성
(1) 학문적 측면
본 연구를 통해 동일 원소, 동일 상(phase)에 대한 멀티스케일 기법 연구를 수행하였지만, 본 과제를 수행한 후 얻어지는 지식은 마르텐사이트와 같은 다른상, 이종 원소 간의 계면 문제로 확장하여 적용될 가능성이 충분히 있다. 게다가 전위와 GB는 결정재료의 소성 거동과 같은 기계적 물성뿐만 아니라 다른 열적 성질에도 영향을 주므로, 본 과제의 연구를 통해 축적된 결함에 관한 전문 지식은 후에 도움이 될 것으로 기대된다. 마지막으로 MD와 DD의 계층적 멀티스케일 전산 모사 연구기법의 제시는 다양한 주제의 연구 수행의 밑거름이 될 것이다.
(2) 산업적 측면
결정재료 내부의 결함들의 물리적 특성을 반영한 다중 스케일 전산 모사 기법을 활용하여 소성 거동에 대한 이해를 높임으로써 기존의 금속 소성 가공(예, drawing, punching, forging, rolling 등) 공정 전반에 대한 최적화 환경을 제시하거나 공정 혁신을 불러올 수 있는 지식의 이전이 가능하다. 또한 물리적 기반의 다중 스케일 전산 모사를 통해 핵 반응로에 적용 가능한 재료 설계, 자동차 충돌 전산 모사 등에도 적용 가능할 것으로 예상되어 기초연구뿐만 아니라 산업적 측면에도 큰 파급효과를 불러일으킬 것으로 생각된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. GB 전위 네트워크 형상 결정 ... 6
• 2.2. GB 전위 네트워크 이동성 추출 ... 7
• 2.3. GB 전위의 반응성 기작 연구 ... 8
• 3.4. 전위 동역학 (Dislocation dynamics, DD) 병렬 코드 성능 최적화 ... 10
• 2.5. 이종 재료 간 계면 적용 검토 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 23