2019 Fiscal Year Research-status Report
ソフトマターの亀裂進展における速度ジャンプのメカニズムの解明
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19K14672
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
作道 直幸 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (50635555)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 速度ジャンプ / 破壊力学 / 可解モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の成果は、大きく分けて以下の5つである。
1. ゴムの亀裂進展速度ジャンプのメカニズムに関して、数値シミュレーションや実験からの基礎付けを行った。研究代表者が考案した理論モデルは大幅な単純化をしている。この単純化によって速度ジャンプの本質は損なわれないことを正当化するために、他の研究グループと共同で、有限要素法(FEM)による速度ジャンプの数値シミュレーションとの比較を行った。FEMにおける速度ジャンプのメカニズムと我々の提案するメカニズムとの関係はしばらく不明であったが、共同研究の結果、両者のメカニズムを統一的に理解することに成功した。また、これを裏付けるためにフィラーを含まないゴムによる実験も行い、理論と整合的であることを確かめた。結果は原著論文にまとめ、国際誌に投稿した。
2. 速度ジャンプ以前の亀裂が進展の開始条件について、数理的に新しい結果を得た。具体的には、二次元正方格子構造における応力集中による破壊の開始条件を表す、新しい解析的な表式を発見した。結果について学会発表を行った。
3. 速度ジャンプが生体材料でも起こるのではないかというアイデアの元、他大学と共同で理論研究を開始した。最近、実際に生体材料をシート状にした破壊試験が行われていることがわかり、これと理論の比較を行っている。
4. 高分子ゲルの亀裂進展挙動に関する実験研究を行った。結果として、高分子網目の均一性が極めて高い高分子ゲルにおいては、速度ジャンプが生じないという予備的な結果を得た。
5. 高分子ゲルの亀裂進展挙動を研究するために不可欠である、弾性率や浸透圧などの基礎的な物性パラメータについて、理解・予測するための基礎的な方程式を、実験結果に基づいて明らかにした。結果について、原著論文2報が国際雑誌に掲載済みであり、この内1報は雑誌バックカバーに選ばれた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載の通り、本年度は大きく分けて5つの方向性の研究を行った。ゴムの亀裂進展速度ジャンプのメカニズムに関して数値シミュレーションや実験からの基礎付けを行う研究、二次元正方格子構造における応力集中による破壊の開始条件の研究、生体シート材料における速度ジャンプの研究、高分子ゲルの亀裂進展挙動に関する研究、高分子ゲルの基礎的な物性パラメータの研究、の5つである。本年度は、原著論文2本が国際誌に掲載され、内1報は雑誌バックカバーに選ばれた。また、研究代表者が執筆した書籍が出版され、11件の学会発表を行った。このように、研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、新型コロナウイルス感染症の拡大により4月7日に緊急事態宣言が発令され、在宅勤務を余儀なくされている。シミュレーションや実験を伴う研究を行うためには、緊急事態宣言が解除される必要があるが、2020年5月末の段階で東京都は緊急事態宣言が解除されておらず、また、今後の解除の見通しがたっていない。従って、今年度は解析計算でできる範囲の研究を進めることと、本年度の研究成果を原著論文にまとめることに専念する。具体的には、二次元正方格子構造における応力集中による破壊の開始条件の研究、生体シート材料における速度ジャンプの研究、高分子ゲルの亀裂進展挙動に関する研究、高分子ゲルの基礎的な物性パラメータの研究、の4つについて、原著論文を執筆する。また、二段階の速度ジャンプを説明する理論モデルを構築することと非線形弾性によるタフ化メカニズムを明らかにする。
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