2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of impact deformation / fracture mechanism of ice and development of multi-scale ice-breaking technology
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17H03152
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| 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) |
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Principal Investigator |
山田 浩之 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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 氷 / 打撃 / 圧子 / 低温チャンバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年目となる平成30年度は，前年度の氷の打撃試験の発展と，ハイスピードカメラによる氷の変形および破壊の可視化，および低温試験用のチャンバー作製を主に行った。
打撃試験において，平板打撃ではなく，スプーンの裏やアイスピックでの打撃をイメージして，先端に圧子を取り付けるシステムに変更した。先端圧子形状は，三角錐型および半球型とし，角度を数種類用意し，鈍角と鋭角による氷の打撃試験時の強度と変位を測定した。強度は板の曲げ応力から逆算し，変位はハイスピードカメラによる初速度と加速度センサによる速度変化測定から算出する方法とした。実験から鋭角なものより鈍角のものの方が最大荷重および破壊時の変位量が減少し，結果として，変形および破壊に必要なエネルギーは小さいことがわかった。この際，ハイスピードカメラを用いて氷の破壊の可視化を行ったところ，亀裂の生成および進展が鋭角なものより鈍角のものの方が早期に生じることが明らかになった。この氷内部の亀裂の生成と進展について明らかにすることが今後の課題と言える。
この現象を解明するために，準静的および衝撃試験に対応できる低温試験用のチャンバーを作製した。液体窒素ガスの温度制御により，チャンバー内の温度を一定に保つ方法を採用した。また，棒とチャンバーの接触部についても検討を行い，ガスが外部に漏れにくい構造を決定することができた。さらに，チャンバー内の氷の圧縮試験におけるシュリーレン装置の適用方法についても検討を行い，ガスを止めた環境下であれば実施が可能であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
低温チャンバーの校正に時間がかかり，実験装置への組み込みが完了できなかった。よって，現状としてはやや遅れていると判断するが，最終年度で挽回は可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
万能試験装置へ低温チャンバーを組み込み，準静的速度における圧子押込試験（インデンテーション）を行う。これにより，氷の変形および破壊に関する基礎特性を整理する。同時に，シュリーレン装置による内部の変形の可視化に挑戦し，破壊メカニズムの検討を行う。この試験を衝撃速度に拡張し，衝撃破壊メカニズムまで検討課題とする。また，氷試験片のサイズを変更し，マルチスケールでの破壊に関する実験も行い，社会レジリエンスへの適用をまとめとする。
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