2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of real-time visualization of stress distribution in granular material based on the mechanoluminescence phenomenon
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17K14725
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
近藤 明彦 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 研究官 (80755893)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 可視化 / 粒状体 / 応力発光 / 粒子間接触力 / 応力鎖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，力学的な作用に応じて発光する応力発光現象に着目して，地盤を構成する個々の粒子の作用力状態を発光強度で表すことによって，リアルタイムに地盤材料の応力場を可視化する新しい計測手法の開発を目的として実施した．
応力発光粒子の作成にあたり，様々な応力発光材料から本研究に適した材料として弾性領域の応力増分に比例した発光強度を示す材料を選定し，粉末状の材料を二液性エポキシに混合した塗料を用いることで様々な形状の粒子を対象にできることを示した．発光強度は塗膜の厚さに影響されることから，球形ガラスビーズを対象に塗装方法を検討し，SEMとX線CTスキャンによる検証を行うことで均一性の高い塗装方法を確立した．作成した応力発光粒子は，キャリブレーションとして様々な軸ひずみ速度で載荷を行い，撮影した載荷時の発光強度の推移と比較することで，作用力増分と発光強度の校正を行った．
粒状体への適用と検証として，二次元断面の粒状体に載荷実験を行い，粒状体らしい粒子間接点力やその繋がりとしての応力鎖が発生・消滅する過程を可視化できることを示した．検証にあたり，得られた発光強度の推移を校正係数で換算した値と載荷板に設置したロードセルでの計測値を比較して定量的に一致することを示した．粒状体の変形・破壊メカニズムの検討への応用として，杭貫入時の地盤内の挙動を対象に，応力発光粒子を用いて載荷時の拘束圧による影響と相対密度による影響を可視化した．
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