2021 Fiscal Year Annual Research Report
ゲル材料モデリングの高度化と成長誘起形態形成の分岐座屈解析フロンティア
| Project/Area Number |
19H00739
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
奥村 大 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70362283)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 真 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90432624)
田中 展 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70550143)
伊田 翔平 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (80610740)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 固体力学 / 材料力学 / ゲル / 高分子合成 / 不安定変形 / 膨潤 / パターン変態 / 形態形成 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ゲル材料モデルの高度化と成長誘起形態形成の分岐座屈解析フロンティアの研究に取り組んでおり，本年度の研究業績は以下のようにまとめられる．まず，軟質基盤上の硬質ゲル膜に生じるパターン変態の非線形有限要素解析を行い，昨年度（Miyoshi et al., 2021）に続いて，固体力学の分野で最も権威のある国際雑誌に論文が掲載された（Kikuchi et al., Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2022）．この研究では，ヘリンボンパターンに発達する第二分岐経路は複数あり，第二分岐点は幾何学的対称性に由来して多重性を有する結果として，ヘリンボンパターンには兄弟パターンが存在し，エネルギー的にもそん色はなく，多様なパターンが発現し得るという合理的な解釈を獲得した．逐次的な座屈固有値解析と座屈モードを用いた初期不整法によって分岐点と分岐経路の解析が行われており，従来とは異なる考え方での解析や考察の必要性を示し，方法論としての斬新さを含んでいる．スピンオフ的な論文も国内雑誌に掲載された（田中ら，計算数理工学論文集，2021）．さらに，昨年度に掲載可となった論文（Kawai et al., Soft Matter, 2021）を発展させ，アクリルアミドハイドロゲルの過渡膨潤状態に着目して論文を投稿準備中である．また，表面不安定からの形態形成にはクリースと呼ばれる自己接触を伴う特徴的な変形モードが重要であることが認識されるようになり，基礎的な解析成果を国内雑誌に投稿し，論文掲載（星ら，日本機械学会論文集，2021）され，よりインパクトのある内容を国際雑誌に投稿中（Hoshi et al., submitted）である．講演会発表も含めて，本研究がターゲットとする問題の研究及び講演発表は順調に進められている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究業績の概要に記載したように，研究課題はおおむね順調に進んでいる．例えば，論文掲載されている二層構造体のパターン変態に関する計算力学的研究は，逐次的な座屈固有値解析という申請者らの独自性のある解析手法を用いて，機構の解明が進んでおり，分岐経路を追跡するための初期不整法についても当初想定していなかった独自の知見が得られている．また，二層ゲル膜の作成過程において，ゲル化時に生じるパターン変態について，制御可能なレベルに到達しつつあり，基礎的な研究を終えて，論文化を進めており，応用研究にも着手しつつある．タングル化と呼んでいるパターン発展形態について，有限要素解析のためのモデル化は順調進展しており，二次元的な実験的観察と組み合わせてインパクトのある成果の獲得を期待している．以上のことから，本研究プロジェクトは理論・計算・実験のそれぞれの側面から着実に進展しており，順調に進んでいると考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として，4年目の最終年度は実験サイドとしては，これまでに進めている二層ゲル膜のパターン変態の観察と評価について，論文化を進め，応用研究に発展させることを考えている．理論サイドとして，高度化されたゲル材料モデルの有限要素解析ソフトへの実装は完了しており，クリース変形も考慮する形で二層構造体の表面に生じる変形形態を定量的にも明らかにすることを計画している．クリース変形については，独自の解析手法を開発中であり，開発済みのものもあるため，クリース変形の理解を深化させる結果を得るとともに論文化を進めている．これらを総合して推進することによって，ゲル材料モデルの高度化と成長誘起形態形成の分岐座屈解析フロンティアにおける研究基盤の構築に貢献したい．
|
