2018 Fiscal Year Annual Research Report
Does magma harden or soften with accelerating deformation? - Clarifying brittle fracture process of fluid for application to volcano dynamics
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16H04039
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
市原 美恵 東京大学, 地震研究所, 准教授 (00376625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
亀田 正治 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70262243)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レオロジー / マグマ / 噴火 / 流動 / 破壊 / 気泡 / 粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグマの挙動を表す構成方程式を構築する理論研究，マグマを模擬する物質の変形実験，マグマの破壊を扱う数値計算手法の開発の３つを進め，各学会等での発表と論文執筆を進めた．
【理論】マグマの破壊条件として，広く用いられている歪速度条件は，微小振動を加えた時の周波数依存性と，定常変形における歪速度依存性の相似性に関する経験則に基づいているが，その相似性を表現できる構成方程式の形を調べた．また，変形が加速する過程において脆性破壊が発生する条件を決めるパラメータは，従来用いられてきた歪速度と緩和時間の比ではなく，歪加速の時定数と緩和時間の比であると提案した．ジュネーブ大学、リヨン高等師範学校、大阪大学を訪問し，以上の内容について各専門家と議論した．
【実験】ポリウレタンフォームのレオロジー試験において，「ゲル化」という現象が見られた．これまでマグマのレオロジーとしては考慮されていなかったが，マグマの硬化過程で発生し，流動から破壊への遷移に影響を与えている可能性のあることが分かった．一方，引張試験については，温度を制御し，一様な伸張変形を加える方法を開発した．変形・硬化後の試料の気泡構造をX線CTで撮影し，解析した．その結果を，前年度までに開発した気泡変形モデル（Ohashi et al., 2018）と比較した結果，良い一致を示した．
【計算】多孔質材料におけるき裂の発生と伝播のシミュレーションを行った．H29年度に発表した論文(Kameda et al., 2017)で，気泡構造と応力場の関係を計算し，マグマ破砕の発生条件を予測したが，今回，予想通りき裂の発生と伝播が生じることが示された．また，フェーズフィールド破壊モデルについて，Kuhn et al. (2015)と，Karma et al. (2001)のモデルの比較を行い，前者が実験結果をよりよく再現することが分かった．
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Rheological tests of polyurethane foam undergoing vesiculation-deformation-solidification as a magma analogue2019
Author(s)
Ichihara, M., M., Takeda, S., Ohashi, M., Kuwano, O., and Kameda, M.
Organizer
EGU General Assembly
Int'l Joint Research
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