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2021 Fiscal Year Annual Research Report

亀裂パターンの幾何構造を支配する普遍則の探究

Research Project

Project/Area Number 20J10344
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

秋葉 祐里  北海道大学, 工学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Keywords収縮破断 / パターン形成 / 幾何構造 / 柱状節理 / マスクメロン
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、自然に形成される多角形パターンについて、物質の詳細に依存しない幾何共通則を導出することである。
最終年度は、マスクメロンの表面に現れる網目パターンの解析を行い、研究成果を論文にまとめた。マスクメロンの網目は、果実の成長過程で膨張する果肉と固化した表皮との力学的な不釣り合いに起因する果皮の断片化によって生じる。本研究では、網目に囲まれた微細な表皮片の面積を画像解析により統計的に分析し、メロンの品種に依存しない共通則の導出を試みた。その結果、断片面積の分布が品種に依らず特定の確率密度関数に従い、脆性材料の破壊挙動の理論的議論と整合的であることがわかった。このことは、断片面積の確率分布を支配する共通法則を示唆している。
また、柱状節理に関しては、実際の露頭表面に現れる多角形形状が、破壊力学的に理想的な多角形形状からどれほど揺らいでいるのか統計解析によって精査し、この成果を国際的な学術専門誌(査読付)へ原著論文として公表した。意外にも、岩石が示す幾何揺らぎは岩の化学組成や溶岩の冷却条件などの要因から影響を受けない普遍的な現象であることが判明した。さらに、幾何揺らぎが溶岩の冷却表面から内部へ向かって変動していく様子を、ボロノイ分割の手法を用いた数値シミュレーションで再現した。それによって、柱状節理の形成過程が等温分布と亀裂伝播の連成によって説明できるという既存の仮説を支持する結果を得た。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021

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

  • [Journal Article] Geometric Attributes of Polygonal Crack Patterns in Columnar Joints2021

    • Author(s)
      Akiba Y.、Takashima A.、Inoue A.、Ishidaira H.、Shima H.
    • Journal Title

      Earth and Space Science

      Volume: 8 Pages: e2020EA001457

    • DOI

      10.1029/2020EA001457

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Universal fluctuation of polygonal crack geometry in solidified lava2021

    • Author(s)
      Akiba Yuri、Takashima Aika、Shima Hiroyuki
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 104 Pages: 025009

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.104.025009

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 幾何形状解析による道路網の土地利用評価2022

    • Author(s)
      秋葉祐里,山崎雅也,島弘幸,佐藤太裕
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [Presentation] 道路網がつくり出す街区の面積分布と土地利用の相関解析2022

    • Author(s)
      秋葉祐里,島弘幸,佐藤太裕
    • Organizer
      MIMS現象数理学研究拠点共同研究集会「社会物理学とその周辺」
  • [Presentation] Is there a unified rule for polygonal cracking in cooled lava surface?2021

    • Author(s)
      Yuri Akiba, Aika Takashima, Hiroyuki Shima
    • Organizer
      The 25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM 2020+1)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] メロンの網目に学ぶ球面での破断パターン形成機構2021

    • Author(s)
      秋葉祐里,島弘幸,佐藤太裕
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2021材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 火成岩の破断パターンに潜む幾何形状の共通則2021

    • Author(s)
      秋葉祐里,島弘幸
    • Organizer
      Young Soft Webinar

URL: 

Published: 2022-12-28  

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