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Elucidation of impact deformation / fracture mechanism of ice and development of multi-scale ice-breaking technology

Research Project

Project/Area Number 17H03152
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research Institution防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

Principal Investigator

Yamada Hiroyuki  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小笠原 永久  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408)
小林 秀敏  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10205479)
谷垣 健一  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40631875)
松沢 孝俊  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00443242)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2018: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2017: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Keywords氷 / インデンテーション / 打撃 / 準静的 / ひずみ速度 / 破壊 / ハイスピードビデオカメラ / 圧子形状 / 低温チャンバー / 衝撃破壊 / 衝撃変形 / シュリーレン法 / 圧子 / 打撃試験 / 高速度ビデオカメラ / 亀裂進展 / 低温保持 / 衝撃 / 衝撃工学 / 氷工学 / 有限要素解析 / スプリット・ホプキンソン棒法
Outline of Final Research Achievements

It is empirically known that one of the familiar ice breaking phenomena is hitting the ice with the back of a metal spoon. However, the mechanism of ice fracture has not been clarified. The purpose of this study was to clarify the effects of loading conditions such as indenter shape and indentation rate on the deformation and fracture characteristics of ice by quasi-static and impact indentation. From the comprehensive results of the indentation test and the observation of the fracture at that time, it was clear that the internal deformation distribution has a great influence on the deformation and fracture characteristics of ice by indentation with changing the indenter shape and ndentation rate.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

圧子形状と速度の効果でスプーンの裏を使った打撃で簡便に氷が破壊できる現象のメカニズムの一端が明らかなった。これは氷をいかにして簡便に破砕するかのアイデアに直結する。しかし,本研究では,1辺20 mmの試験片を用いたため,試験片の寸法が変わると,荷重値やエネルギーの値は変化することが予想される。よって,試験片の寸法効果について検討する必要がある。この効果を理解することで,マルチスケール砕氷技術へと展開が可能となる。最終的に,雹や航空機に着氷した氷の落下などからの保護,砕氷船技術へと展開されることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Presentation] 円錐圧子打撃による氷の変形・破壊特性評価2020

    • Author(s)
      東園望美, 中尾友紀, 山田浩之, 小笠原永久
    • Organizer
      第51回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 氷の打撃インデンテーションに及ぼす変形場の影響2020

    • Author(s)
      中尾友紀, 山田浩之, 小笠原永久
    • Organizer
      日本材料学会第69期学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 打撃試験における氷の変形・破壊現象に及ぼす先端圧子形状の影響2019

    • Author(s)
      中尾友紀, 山田浩之, 藤原浩幸, 小笠原永久
    • Organizer
      日本材料学会第68期学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of Impact Deformation in Ice Using Percussion Test2019

    • Author(s)
      Yuki Nakao, Hiroyuki Yamada, Hiroyuki Fujiwara, Nagahisa Ogasawara
    • Organizer
      Proceedings of 10th International Symposium on Impact Engineering 2019 (ISIE 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 準静的インデンテーションによる氷の変形および破壊評価2019

    • Author(s)
      山田浩之,中尾友紀,小笠原永久
    • Organizer
      第57回飛行機シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 円錐圧子を用いた打撃試験における氷の変形・破壊特性評価2019

    • Author(s)
      中尾友紀,東園望美,山田浩之, 小笠原永久
    • Organizer
      日本機械学会山梨講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 準静的インデンテーションによる氷の変形および破壊現象の計測2019

    • Author(s)
      中尾友紀, 山田浩之, 小笠原永久
    • Organizer
      日本機械学会M&M2019材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速度カメラを用いた氷の打撃破壊の観察2019

    • Author(s)
      山田浩之, 中尾友紀, 小笠原永久
    • Organizer
      高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of Impact Fracture in Ice by Simplified Percussion Test2018

    • Author(s)
      Hiroyuki Yamada, Ryo Tanaka, Yuki Nakao, Hiroyuki Fujiwara, Nagahisa Ogasawara
    • Organizer
      Proceedings of 13th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Study of Elastic Wave Propagation in Flanged Cylindrical Bar2018

    • Author(s)
      Tanigaki Kenichi, Hiroyuki Yamada
    • Organizer
      Proceedings of 13th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 打撃試験による氷の衝撃変形および破壊現象の計測2018

    • Author(s)
      中尾友紀,山田浩之,藤原浩幸,小笠原永久
    • Organizer
      日本機械学会M&M2018材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] フランジ付きスプリット・ホプキンソン棒法を用いた低強度材料の衝撃圧縮試験に関する数値解析2018

    • Author(s)
      谷垣健一,山田浩之
    • Organizer
      日本機械学会第31回計算力学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 平板打撃試験による氷の衝撃変形および破壊現象の計測2018

    • Author(s)
      山田浩之,中尾友紀,藤原浩幸,小笠原永久
    • Organizer
      日本実験力学会2018年度年次講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 氷の打撃試験に関する基礎的検討2018

    • Author(s)
      田中綾, 山田浩之, 藤原浩幸, 小笠原永久
    • Organizer
      第49回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] フランジ付きSHPB衝撃試験装置の応力波伝播解析2017

    • Author(s)
      谷垣健一, 山田浩之
    • Organizer
      日本機械学会第30回計算力学講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 空間差分測定を用いたSHPB法による衝撃押込試験2017

    • Author(s)
      小川欽也, 山田浩之
    • Organizer
      日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 鋭い圧子押込みにおける動的ひずみ速度に関する一考察2017

    • Author(s)
      山田浩之
    • Organizer
      日本実験力学会2017年度年次講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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