2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fracture of paste: microstructures governing memory and roles of plastic deformation
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18K03560
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
狐崎 創 奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (00301284)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大信田 丈志 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (50294343)
中原 明生 日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ペーストの破壊 / 記憶効果 / 塑性変形 / レオロジー / ソフトマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では液体と固体の微粒子を含むペースト状の物質で、揺れや磁場を加えた時に起こる記憶効果の原因を、μX線CTによる測定と数値計算を併用して明らかにすることを目的としている。プロジェクトの１年目と２年目にそれぞれ大型放射光施設SPring-8への利用申請を行って測定を行い、併行して亀裂パターンの形態相図などを調べた。μCTでは、特に造影剤とゲル化剤を加えた石松子と水のペースト層に一方向の水平加振を与えたサンプルで、石松子の体積分率、加振条件、乾燥段階を変えて、粒子１個１個を３次元的に特定できるデータが多数得られた。そこで最終年度は測定データの解析を引き続き進め、DEMによる数値解析との比較を行ってきた。
その結果、揺れによって生じる短距離の隣接粒子配列の異方性は記憶効果が現れる条件で、ペースト層の下層に強く現れること、また同時に、より大きなスケールの粒子の密度揺らぎの異方性が生じていることが明らかになった。また亀裂先端付近に不安定成長を示唆する形状が見られることを３次元的に可視化することに初めて成功し、密度揺らぎの異方性が記憶効果によって現れる異方的な破壊の直接の原因であることを確かめた。また、数値計算との比較によって、隣接粒子配列の異方性は単純せん断を繰り返しうける粉体粒子系で粒子の衝突により生じている可能性が高いことがわかった。最終年度はこれらの成果を論文にまとめて投稿し既に出版されている。
ペーストの磁場に関するメモリー効果については、本研究で行なったSPring-8でのX線CTによる測定結果を元に国際共同研究をしているハンガリーの破壊理論の研究者がシミュレーションを実施中であり、その成果を共著論文として現在投稿準備中である。この他、パラフィンの熱収縮による破壊実験などを指導している学生とともに進め、レオロジー的な性質が破壊過程で果たす役割についての研究を進めている。
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