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2022 Fiscal Year Annual Research Report

流体の破壊力学―破壊の時間発展モデル構築と流動履歴依存性の検討

Research Project

Project/Area Number 19H00713
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

市原 美恵  東京大学, 地震研究所, 准教授 (00376625)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大槻 道夫  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30456751)
亀田 正治  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70262243)
桑野 修  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 研究員 (30511969)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords粘弾性流体 / マグマ / 破壊 / レオロジー / 火山
Outline of Annual Research Achievements

爆発的な火山噴火では、液体・気泡・結晶からなるマグマなどの複雑流体が急速な変形を受けて破砕し、火山灰などが形成される。この現象を、流体の流動と破壊過程と位置づけ、その物理を解明することを目的としている。

マクスウェル型の粘弾性流体と降伏応力とシェアーシニング特性を持つビンガム型流体に対し,レオロジーの比較を行った.回転式レオメーターにおいて,試料を載せる下側のプレートを透明ガラスにし,変形中の流体の流動や破壊を可視化する装置を新たに開発した.そして,歪み速度と歪み加速度依存性を調べた.研究成果をアメリカ地球物理学会において発表した.粘弾性流体の円柱移動に伴う流動と破壊を調べる実験においては,論文を投稿し,査読者から受けた指摘を確認するため,パラメータを増やした追加実験を実施した.一連の実験を修了し,アメリカ地球物理学会において発表し,論文の修正を進めた.数値計算グループは,マクスウェル粘弾性流体の伸長破壊過程を調べた先行研究の実験結果を再現する計算を行った.実験で用いられている流体の非線形粘弾性をよく表すFENE-PMモデル実装し,伸長と共に応力が急増する挙動や,き裂の進展の時間スケールを再現することに成功した.

本プロジェクトで実施した研究を総括すると,爆発的火山噴火における流体の破壊について,新しい知見が得られた.また,本プロジェクトの一部として,Kavli 理論物理学研究所主催の研究会「Multiphase Flows in Geophysics and the Environment」に参加し,本研究の成果を紹介するとともに,世界を代表する専門家と議論した.そこから,爆発的噴火における固気混相流のダイナミクスに関する国際共同研究へと発展し,論文を発表した.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Aix-Marseille University, CNRS, IUSTI/University Paris City, CNRS(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Aix-Marseille University, CNRS, IUSTI/University Paris City, CNRS
  • [Int'l Joint Research] University of Buenos Aires(アルゼンチン)

    • Country Name
      ARGENTINA
    • Counterpart Institution
      University of Buenos Aires
  • [Int'l Joint Research] Indian Institute of Technology, Bombay(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      Indian Institute of Technology, Bombay
  • [Int'l Joint Research] Ludwig-Maximilians-University, Munich(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Ludwig-Maximilians-University, Munich
  • [Int'l Joint Research] Vaisala Inc.(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Vaisala Inc.
  • [Journal Article] Multiphase turbulent flow explains lightning rings in volcanic plumes2023

    • Author(s)
      Ichihara, M.,P. Mininni, S. Ravichandran, C. Cimarelli, and C. Vagasky
    • Journal Title

      Communications Earth and Environment

      Volume: 4 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s43247-023-01074-z

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Erratum: Viscous to Inertial Transition in Dense Granular Suspension [Phys. Rev. Lett. 129, 078001 (2022)]2023

    • Author(s)
      Tapia, F., M. Ichihara, O. Pouliquen, and E. Guazzelli
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 109901

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.109901

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow-to-fracture of complex fluids - a question to the conventional view of magma fragmentation2023

    • Author(s)
      Ichihara, M., O. Kuwano, and C. Sanchez
    • Organizer
      IUTAM Symposium on Dynamics and Interface Phenomena of Bubbles and Droplets at Multiple Scales
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Analogy experiments to understand the flow-to-fracture transition of complex fluid in solid earth science2023

    • Author(s)
      Kuwano, O., Kawai, H., Kameda, M. and Ichihara, M.
    • Organizer
      American Geophysical Union 2023 Fall Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fracture mechanism of a viscoelastic liquid flowing around a cylinder: Effect of free surface2023

    • Author(s)
      Kawai, H., Shuto, W., Kuwano, O., Ichihara, M. and Kameda, M.
    • Organizer
      American Geophysical Union 2023 Fall Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 自由表面を含む高粘度流体の円柱周り流れにおける表面形状変化と破壊2023

    • Author(s)
      安部 潤一郎, 河合 隼, 寺井 雄祐, 桑野 修, 市原 美恵, 亀田 正治
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2023
  • [Presentation] 非定常なひずみ速度に対する複雑流体の応答と破壊2023

    • Author(s)
      桑野修, 市原美恵
    • Organizer
      日本火山学会2023秋季大会
  • [Presentation] Viscous to inertial transition in dense granular suspensions2022

    • Author(s)
      Tapia, F., M. Ichihara, O. Pouliquen, and E. Guazzelli
    • Organizer
      Multiphase Flows in Geophysics and the Environment
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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