• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Dynamics of granular materials: phase transition of flowing solids

Research Project

Project/Area Number 23K03248
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

大槻 道夫  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30456751)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords粉体 / ジャミング / 摩擦 / ジャミング転移 / 連続体力学 / レオロジー
Outline of Research at the Start

ジャミング転移・Yielding転移を含む粉体の特異的な力学的特性の微視的解明と、マクロな粉体の流動化・固化に関連した多様な問題の解明を二つの軸として、それらの発展的な展開を目指す。粉体で観測されるジャミング転移とYielding転移に関しては既に基礎的な研究を進めているので、それらを元により実際の実験環境に近い状況での力学的特性を目指す。さらに、砂山の流動やパイプ中の目詰まり、振動による砂山の流動化、粉体中の抵抗力に関する個別も問題の解明に上記の研究成果を持ち込み、相補的な発展を通じて粉体力学の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

固体的な振る舞いと流体的な振る舞いの両方を見せる粉体のダイナミクスに関して、それらを記述する理論的な枠組みの確立を目指して研究を進めてきた。粉体の力学的特性を微視的に解明する研究と、マクロな粉体の様々な流動現象を連続体的な枠組みで解明する研究の二つの研究を同時に進め、いくつかの研究成果を得た。まず、粒子間に斥力のみが働く場合の剛性を調べ、粒子配置からそれを得る理論的な枠組みを提案した。また、引力が働く場合の粉体の力学的特性を調べ、その構造特性も合わせて調べた。粉体の流動化に関しては、圧力で圧縮された粉体中を動く物体に関して応力分布から抵抗力を求める式を理論的に導出し、重力で堆積された粉体における抵抗則を発見した。さらに、平板間の粉体の流動に関して、外力、平板間の厚さ、外力の大きさによって、流動化と固化に関する相転移が発生することを発見し、その臨界点近傍の臨界性を理論的に導出した。それらの発展として、円筒容器に入れられた粉体の流動に関して、速度場を連続対方程式から導出する手法を提案し、それに基づいて速度場のスケーリング則を導出した。従来の実験的な研究では、様々な要素が絡む経験則だけが提案されている状況だったが、本研究で奥行方向が一様と見做せる系においては、流動層の厚さが容器の直径のみに依存するという結果を理論的に導出することに成功した。それらに加えて、関連した静的な状態から動的な状態への転移を示す弾性体間の摩擦に関しても、その形状から摩擦係数を求める理論を連続体解析から求めることにも成功している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

粉体の力学的特性とマクロな流動化を表す現象の解析の二つの課題を進める今回の研究計画のそれぞれにおいて進展があった。出版論文は1本だけであったが、それらの成果は学会や研究会の招待講演として公表しており、論文自体も2本が投稿中で、さらに2本の論文投稿を今年度中に行う予定である。研究成果自体は当初の計画にそって進んでおり、次年度に向けて順調な進展が見られている。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究成果をもとに、それらを進める研究を計画している。まず、粉体の力学的特性に関しては、粒子間の引力相互作用が入った系についての剛性率を計算する理論に向けてシミュレーションと解析の両面から研究をすでに始めている。また、特に大きな進展があった平板間の粉体の流動に関しても粒子間引力を取り入れた連続体方程式による解析を進めている。解析計算自体はすでに済んでおり、それをもとに粒子シミュレーションによる検証を合わせて論文投稿まで進められるはずである。また、円筒中の運隊の流動も3次元シミュレーションに発展させる計画が進んでおり、その実験的検証と合わせて研究を進展させる予定である。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Control of static friction by designing grooves on friction surface2024

    • Author(s)
      Iwashita Wataru、Matsukawa Hiroshi、Otsuki Michio
    • Journal Title

      Tribology Letters

      Volume: 72 Issue: 1 Pages: 25-25

    • DOI

      10.1007/s11249-023-01822-4

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Scaling laws for velocity profile of granular flow in rotating drums2024

    • Author(s)
      Michio Otsuki
    • Organizer
      4th Regular Kakenhi Meeting "Theoretical studies of non-equilibrium driven-dissipative systems"
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 平板間の充填率が変動する二次元粉体流れの解析2024

    • Author(s)
      林健太,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 粉体層内を動く物体に働く抵抗則2024

    • Author(s)
      谷岡寛也,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Kelvin-Voigt粘弾性体のヒステリシス摩擦の有限要素解析2024

    • Author(s)
      岩下航,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 濡れた粉体で構成された円柱の自重での崩壊条件2024

    • Author(s)
      井上隆介,大槻道夫
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 粉体を封入した円筒の斜面上における静止条件2024

    • Author(s)
      寺井歳三,大槻道夫,和田浩史,小野瑞生
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] せん断粉体中の凝集体の崩壊2024

    • Author(s)
      田中健太朗,大槻道夫
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 平行平板間の外力駆動粉体流における臨界スケーリング:引力の影響2024

    • Author(s)
      吉井究,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Critical behaviors of granular flow between parallel plates near jamming2023

    • Author(s)
      Michio Otsuki, Kenta Hayashi, and Kiwamu Yoshii
    • Organizer
      VII International Conference on Particle-Based Methods PARTICLES 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Static Friction Coefficient Depends on the External Pressure and Block Shape Due to Precursor Slip: Finite Element Simulation2023

    • Author(s)
      Michio Otsuki, Wataru Iwashita, and Hiroshi Matsukawa
    • Organizer
      ITC Fukuoka 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 回転円筒中の粉体における速度場のスケーリング則2023

    • Author(s)
      大馬寛生,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Softening and residual loss modulus of jammed grains under oscillatory shear2023

    • Author(s)
      Michio Otsuki and Hisao Hayakawa
    • Organizer
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Jamming in plane Poiseuille flow of granular materials2023

    • Author(s)
      Michio Otsuki, Kenta Hayashi, and Kiwamu Yoshii
    • Organizer
      The 11th International Conference on Multiphase Flow
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 連続体力学, 粉体力学2023

    • Author(s)
      大槻道夫
    • Organizer
      非平衡系の物理
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 回転加振後のペーストにおける記憶効果の連続体解析2023

    • Author(s)
      大槻道夫
    • Organizer
      奈良非線形研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 弾性体の摩擦の物体形状による制御2023

    • Author(s)
      大槻道夫
    • Organizer
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算の時代における物性科学」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Static Friction Coefficient Depends on the External Pressure and Block Shape due to Precursor Slip2023

    • Author(s)
      Michio Otsuki
    • Organizer
      3rd Regular Kakenhi Meeting "Theoretical studies of non-equilibrium driven-dissipative systems"
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dependence of Static Friction Coefficient on the Shape of Frictional Interface2023

    • Author(s)
      Wataru Iwashita, Hiroshi Matsukawa, Michio Otsuki
    • Organizer
      ITC Fukuoka 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有限時間で駆動される熱機関の熱流体解析2023

    • Author(s)
      関川知生,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 平板間の二次元粉体流れの連続体解析2023

    • Author(s)
      林健太,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 2次元粉体層内を動く物体に働く抵抗力2023

    • Author(s)
      谷岡寛也,大槻道夫
    • Organizer
      日本物理学会学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 平行平板中の引力を有する粉体流におけるジャミングと臨界スケーリング2023

    • Author(s)
      吉井究,大槻道夫
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Jamming of granular materials in channel flow: effect of cohesion2023

    • Author(s)
      Kiwamu Yoshii, Michio Otsuki
    • Organizer
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi