2015 Fiscal Year Annual Research Report
不均一に気泡が分布する粘弾性体の固体/流体遷移領域における破砕メカニズムの解明
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26630047
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
亀田 正治 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70262243)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 火山 / 流体工学 / 計算力学 / レオロジー / き裂 / フェーズフィールド法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火山噴火における「気泡流から噴霧流への遷移」をつかさどる，高粘度発泡粘弾性体（マグマ）の破砕過程を解明するための室内実験と数値シミュレーションを進めた．
室内実験では，前年度に引き続き，発泡体内部の空隙構造が破砕の有無に与える影響に着目した．高輝度光科学研究センター (JASRI) の大型放射光施設 (SPring-8) に装置を持ち込み，酸素気泡入り水あめを発泡マグマ模擬材料として，X線イメージングにより試料内部の3次元構造を把握しつつ，急減圧にともなう試料の挙動を調べた．並行して実施した可視光による高速度ビデオカメラ観察と合わせて検討した結果，破砕のトリガーとなる気泡構造の抽出に成功した．(丸山ら 2016)．さらに，前年度に構築した，減圧をともなう空孔を有するマクスウェル粘弾性体内の応力分布時間変化計算コードを３次元場に拡張し，特徴的な気泡構造を有する試料の応力場を解析した結果，応力集中箇所と実験で見られたき裂箇所が良く一致することが分かった（丸山ら 2016; Kameda and Ichihara 2016; Kamedaら 2016）．
数値シミュレーションでは，マルチフィジックスソフトウェアCOMSOLをプラットフォームに用いて，フェーズフィールド法と有限要素法のカップリングによる，マクスウェル粘弾性体内き裂進展計算ソルバを開発した．モデル計算として，切欠きを有する２次元平板の一軸引張過程を解いたところ，粘度の違いによるき裂進展過程の変化をとらえられることが分かった．さらに，粘性散逸が支配的な状況でき裂が進展するときには，き裂先端近傍の領域は局所的に脆性的に振る舞うことが分かった(黒川ら 2015; Kameda and Ichihara 2016; Kamedaら 2016)．
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