Fracture mechanics of fluids; Modeling the fracture process and its dependence on deformation history

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00713
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ichihara Mie 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 / 降伏応力

Outline of Final Research Achievements

We investigated the fracture of fluids as an elemental process of explosive volcanic eruptions. We showed evidence against the conventional critical strain-rate criterion for brittle fracture. Brittle fractures of fluids are determined by critical stress or critical strain, similar to solid fractures. Stress rate and strain-rate acceleration are more important than strain rate. We also show that the delayed fracture regime generally exists between flow and fracture, in which brittle-like fracture is triggered by pre-existing inhomogeneity or inhomogeneity that forms during the flow.

Free Research Field

火山物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

火山噴火の爆発性や規模を理解することは，火山学的な興味だけでなく，火山噴火災害を予測する上でも重要である．近年，ハザード予測において，数値計算は有用なツールであるが，信頼できる数理モデルがあってこそである．爆発的な火山噴火を数値的にシミュレートする際，物理プロセスとして十分に理解できていないが本質的に重要なものが，複雑流体であるマグマの破壊条件である．本研究は，実験に基づいて，流体の破壊について新たな仮説を実証的に示すものである．また，複雑流体の破壊を表現する数値モデルを構築した．流体の破壊現象は，物理や工学分野でも興味が高まっており，本研究は学際的な意義を持っているはずである．