2022 Fiscal Year Final Research Report
Inventive concepts of 3D geo-stress sensing device using equivalent resistance of conductive particles subjected to contact pressures
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20H02242
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
肥後 陽介 京都大学, 経営管理研究部, 教授 (10444449)
木戸 隆之祐 京都大学, 工学研究科, 助教 (40847365)
高橋 邦夫 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (70226827)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 応力測定 / 電気抵抗 / 電気比抵抗トモグラフィー / 電気抵抗率トモグラフィー / 接触力学 / 多次元応力測定装置 / 三主応力試験機 / 個別要素法 |
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, a novel sensor for measuring multi-directional stress was developed, using both stainless spheres and conductive rubber as the conductive materials. Elementary experiments and numerical analyses using DEM (discrete element method) were performed to identify suitable shapes and materials based on the equivalent resistance of conductive particles under contact pressures. Consequently, the research focused on a geo-stress sensing device that employed the fundamental concepts of electrical resistivity tomography (ERT) and emphasized the inventive processes utilizing 3D printer. To enable simultaneous measurement of stress direction and magnitude, a three-dimensional stress testing device was created and employed for loading and unloading experiments. Finally, the stress tensor components determined from the cylindrical conductive rubber were validated through uniaxial compression tests, splitting tensile tests, and centrifugal model tests.
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| Free Research Field |
地盤工学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
電気比抵抗トモグラフィー(ERT)の原理を用い，表面電極を検知部とすることで使用した対象物の内部導電率分布が推測できる導電性ゴムセンサーを開発し，応力状態を可視化することに成功した．円柱体ゴムを使用することで，ゴムの形状やサイズを自由に調整でき，様々な状態に応用が可能となった．センサーの初期状態と応力変化の導電率の差の総和が応力変化の応答となる不変量であることを確認した．円の直径方向の平面において，センサーを複数のエリアに分割し，各エリアの導電率総和から応力方向の決定法を考案し，応力状態の推定を可能にした．これらの理論や方法を使用することで，多次元応力を簡単に測定できるようになると考えられる．
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