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衝突・振動による粉体の過渡レオロジーとその天体地形への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H03707
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関名古屋大学

研究代表者

桂木 洋光  名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (30346853)

研究分担者 諸田 智克  名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (30415898)
研究協力者 大槻 道夫  島根大学, 大学院総合理工学研究科, 講師 (30456751)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2015年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
キーワード粉体物理 / 天体地形
研究成果の概要

レゴリスと呼ばれる粒子群(粉体)で覆われる固体天体表面で起こる地形進化の基礎物理を理解するために,粉体層に衝突・振動等を加えた際の過渡レオロジー則について研究を進めた.特に振動による粉体対流,振動による砂山の流動化とそれに伴う傾斜地形の緩和,付着性粉体による傾斜地の衝突による崩壊などについての実験研究を行った.更に粉体対流については,小惑星表面の衝突誘起対流による表面更新年代を見積もるモデルについても構築し,表面更新が小惑星の寿命より短い時間で起こる可能性が高いことを明らかにした.また,実際の火星衛生フォボス上のクレーター地形の観測結果より,衛星に特有なクレーター緩和についても考察した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

粉体に関係する自然現象は我々の周囲に普遍的に存在する.本研究は特にその中でも天体表面地形と粉体物理に関係する研究を行った.研究は実験を中心としながらも数値計算や惑星探査データの解析などにも取り組み,対象・手法ともに学際的共同研究が行われた.得られた成果は主に天体地形進化の基礎過程に関するもので,同時に粉体物理の基礎理解を推進するものでもあった.特に,室内実験の結果をもとに小惑星表面の対流による更新時間が小惑星の寿命より短くなり得ることを示すモデルの構築では,実験・理論モデル・観測による情報などあらゆる知見を総合させる必要があったが,最終的に定量的評価に成功した.

報告書

(4件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (40件) (うち国際学会 17件、 招待講演 5件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] IIT Guwahati(インド)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Relaxation Dynamics of a Granular Pile on a Vertically Vibrating Plate2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Daisuke、Otsuki Michio、Katsuragi Hiroaki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 12 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.128001

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Force chain evolution in a two-dimensional granular packing compacted by vertical tappings2018

    • 著者名/発表者名
      N. Iikawa, M. M. Bandi, and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 97 号: 3 ページ: 032901-032901

    • DOI

      10.1103/physreve.97.032901

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Statistical properties of gravity-driven granular discharge flow under the influence of an obstacle2017

    • 著者名/発表者名
      K. Endo and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferendces

      巻: 140 ページ: 03004-03004

    • DOI

      10.1051/epjconf/201714003004

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Obstacle-shape effect in a two-dimensional granular silo flow field2017

    • 著者名/発表者名
      K. Endo, K. Anki Reddy, and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Fluids

      巻: 2 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevfluids.2.094302

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Physics of Protoplanetesimal Dust Agglomerates. IX. Mechanical properties of dust aggregates probed by a solid-projectile impact2017

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi and J. Blum
    • 雑誌名

      The Astrophys. J.

      巻: 851 号: 1 ページ: 23-23

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa970d

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Geometry-dependent constitutive law for granular slow frictional drag2017

    • 著者名/発表者名
      T. Furuta, K. Katou, S. Itoh, K. Tachibana, S. Ishikawa, and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Int. J. Mod. Phys. B

      巻: 印刷中 号: 10 ページ: 1742006-17

    • DOI

      10.1142/s0217979217420061

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Timescale of asteroid resurfacing by regolith convection resulting from the impact-induced global seismic shaking2016

    • 著者名/発表者名
      T. M. Yamada, K. Ando, T. Morota, and and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 272 ページ: 165-177

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2016.02.032

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bottom pressure scaling of vibro-fluidized granular matter2015

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 5 号: 1 ページ: 17279-17279

    • DOI

      10.1038/srep17279

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 天体・日常・微小スケールをつなぐクレーターの物理2015

    • 著者名/発表者名
      桂木洋光
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 70 ページ: 855-858

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Scaling relation for convective velocity in an intermittently vibrated granular packing2018

    • 著者名/発表者名
      N. Iikawa, M. M. Bandi, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      APS March meering 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Relaxation dynamics of a vibro-fluidized granular pile2018

    • 著者名/発表者名
      D. Tsuji,M. Otsuki,and H. Katsuragi
    • 学会等名
      APS March meering 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A modified asteroid resurfacing model induced by regolith convection2017

    • 著者名/発表者名
      T. M. Yamada, K. Ando, T. Morota, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      48th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, Texas USA
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 鉛直振動下における粉体なだれの輸送則2017

    • 著者名/発表者名
      辻大輔, 大槻道夫, 桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 粉体層の準安定緩和に対する応力鎖配向の応答性2017

    • 著者名/発表者名
      飯川直樹,BANDI Mahesh,桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 粉体における引き抜き摩擦の充填率依存性2017

    • 著者名/発表者名
      古田尊経, 加藤潔, 伊藤繁, 立花健二, 石川秀蔵, 桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Non-Gaussian statistics by granular deformation and flow2017

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      ジャムドマターの非ガウスゆらぎとレオロジー
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impact-induced slipping collapse of an inclined wet granular layer2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takizawa and H. Katsuragi
    • 学会等名
      ジャムドマターの非ガウスゆらぎとレオロジー
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensitivity of force chain orientation to metastability in granular packing2017

    • 著者名/発表者名
      N. Iikawa, M. M. Bandi, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      ジャムドマターの非ガウスゆらぎとレオロジー
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Collapse of an inclined wet granular layer induced by impact2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takizawa and H. Katsuragi
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2017年大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Relaxation process of regolith-covered terrains induced by vibration2017

    • 著者名/発表者名
      D. Tsuji,M. Otsuki,and H. Katsuragi
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2017年大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 断続振動下における粉体対流速度スケーリング2017

    • 著者名/発表者名
      飯川 直樹,バンディ・マヘッシュ,桂木洋光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2017年大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Statistical properties of gravity-driven granular discharge flow under the influence of an obstacle2017

    • 著者名/発表者名
      K. Endo and H. Katsuragi
    • 学会等名
      Powders and Grains 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 傾斜を加えた濡れた粉体層の固体弾衝突による変形・崩壊2017

    • 著者名/発表者名
      滝澤真太, 新屋啓文, 桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 傾斜面における濡れた粉体層の衝突崩壊条件2017

    • 著者名/発表者名
      滝澤真太, 新屋啓文, 桂木洋光
    • 学会等名
      第23回交通流と自己駆動粒子系のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 振動により駆動される粉体流の輸送則2016

    • 著者名/発表者名
      辻大輔, 大槻道夫, 桂木洋光
    • 学会等名
      第22回交通流と自己駆動粒子系のシンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 鉛直振動を受けた粉体層の対流速度のスケーリング2016

    • 著者名/発表者名
      山田智哉,安藤滉祐,諸田智克,桂木洋光
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2016
    • 発表場所
      名古屋工業大学
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 流量の制御された粉体重力流における抵抗係数2016

    • 著者名/発表者名
      桂木洋光,遠藤圭太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Impact2016

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Granular Matter Gordon Research Conference
    • 発表場所
      Stonehill College, Easton, MA, USA
    • 年月日
      2016-07-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Relaxation process of a sandpile shape caused by vibration2016

    • 著者名/発表者名
      D. Tsuji, M. Otsuki, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      STATPHYS26
    • 発表場所
      Lyon, France
    • 年月日
      2016-07-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Granular force chain orientation characterizing disorder-induced metastable relaxation2016

    • 著者名/発表者名
      N. Iikawa, M. M. Bandi, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      STATPHYS26
    • 発表場所
      Lyon, France
    • 年月日
      2016-07-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粒子回転の可視化による粉体振動層における対流現象の理解2016

    • 著者名/発表者名
      光井能麻,飯川直樹,BANDI Mahesh,桂木洋光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 出口付近の障害物が離散的流れに与える効果についての実験的研究2016

    • 著者名/発表者名
      遠藤圭太,桂木洋光
    • 学会等名
      第二回 非線形現象の捉え方
    • 発表場所
      石垣商工開会
    • 年月日
      2016-05-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Constitutive law for granular slow frictional drag2016

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Nonlinear Dynamics of Many Body Systems
    • 発表場所
      Buffalo, NY, USA
    • 年月日
      2016-04-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Constitutive law for granular slow frictional drag2016

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Nonlinear Dynamics of Many Body Systems
    • 発表場所
      Buffalo, USA
    • 年月日
      2016-04-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 振動による粉体層表面傾斜の緩和過程2016

    • 著者名/発表者名
      辻大輔,桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Scaling of granular convective velocity and timescale of asteroidal resurfacing2016

    • 著者名/発表者名
      T. M. Yamada, K. Ando, T. Morota, and H. Katsuragi
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2016
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flow fluctuation and deformation in dense granular matter2016

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Avalanches, plasticity, and nonlinear response in nonequilibrium solids
    • 発表場所
      YITP, Kyoto University
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diffusion dynamics of a vibrated granular heap2016

    • 著者名/発表者名
      D. Tsuji and H. Katsuragi
    • 学会等名
      Avalanches, plasticity, and nonlinear response in nonequilibrium solids
    • 発表場所
      YITP, Kyoto University
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gravity-driven granular flow field influenced by an obstacle2016

    • 著者名/発表者名
      K. Endo and H. Katsuragi
    • 学会等名
      Avalanches, plasticity, and nonlinear response in nonequilibrium solids
    • 発表場所
      YITP, Kyoto University
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粉体振動層における底壁圧力のスケーリング2015

    • 著者名/発表者名
      桂木洋光
    • 学会等名
      第5回ソフトマター研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 障害物周りでの粉粒体の流れ場2015

    • 著者名/発表者名
      遠藤圭太,桂木洋光
    • 学会等名
      第21回交通流と自己駆動粒子系のシンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2015-12-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Pressure in vibrated granular bed2015

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Workshop on Avalanche dynamics in Niseko
    • 発表場所
      Niseko
    • 年月日
      2015-12-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Granular avalanche driven by vertical vibration2015

    • 著者名/発表者名
      D. Tsuji and H. Katsuragi
    • 学会等名
      Workshop on Avalanche dynamics in Niseko
    • 発表場所
      Niseko
    • 年月日
      2015-12-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 月表面におけるボルダーの細粒化とそのタイムスケール2015

    • 著者名/発表者名
      安藤滉祐, 諸田智克
    • 学会等名
      日本惑星科学会2015年度秋季講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2015-10-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 粉体振動層における底面圧力のスケーリング2015

    • 著者名/発表者名
      桂木洋光
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Bottom wall pressure in a vibrated granular column2015

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 学会等名
      Engineering Mechanics Institute Conference2015
    • 発表場所
      Stanford University
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 障害物周りでの粉粒体の流れ場と出口における閉塞現象2015

    • 著者名/発表者名
      遠藤圭太,桂木洋光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 粉体対流とその小惑星表面更新のタイムスケールへの応用2015

    • 著者名/発表者名
      山田智哉,安藤滉祐,諸田智克,桂木洋光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 月表面のレゴリス形成における熱疲労の影響2015

    • 著者名/発表者名
      安藤滉祐, 諸田智克
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] 地形現象のモデリング~海底から地球外天体まで 第10章「クレーター~ 低速衝突実験と緩和・流動モデル」2017

    • 著者名/発表者名
      桂木洋光
    • 出版者
      名古屋大学出版会
    • ISBN
      9784815808877
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] Physics of Soft Impact and Cratering2016

    • 著者名/発表者名
      H. Katsuragi
    • 総ページ数
      307
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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