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非線形ダイナミクスに基づくソフトマター破壊の統一的理解

研究課題

研究課題/領域番号 17K05609
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
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
研究機関横浜国立大学

研究代表者

田中 良巳  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (10315830)

研究分担者 高石 武史  武蔵野大学, 工学部, 教授 (00268666)
山口 哲生  九州大学, 工学研究院, 准教授 (20466783)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード非線形ダイナミクス / 破壊 / ソフトマターメカニクス / 破壊力学 / 粘弾性破壊 / 破壊現象 / 非線型ダイナミクス / 粘弾性 / 化学物理 / 応用数学
研究成果の概要

従来,線形弾性体を前提に定式化されてきた変分型フェーズフィールド破壊モデルを粘弾性体に拡張した.また,著しい粘弾性を示すひも状ミセル溶液およびそれに数十μmのサイズをもつポリマー微粒子を分散させた系における破壊現象を実験的に研究し,非線形レオロジー挙動との対応を明らかにした.さらに,2成分の溶媒を含む高分子網目系の変形挙動を実験・理論両面から研究した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

相転移動力学や反応拡散系の記述に用いられる数理的原理―勾配系―に基づいて,複雑なレオロジー特性をもつソフトマターの破壊現象を理解する枠組みの基礎を提示することができた.また,本研究では,溶媒を含む高分子網目系を主たる具体的な研究対象としたがそのレオロジー挙動の理解には溶媒と高分子成分の相対的な運動を理解する必要がある.本研究では,溶媒が2種液体の混合物である場合において従来知られていなかった新たな網目の変形モードを理論的に見出した.これにより,粘着やゴム強度など実用的な破壊問題を,き裂の特異性を意識しない(が,その効果を取り込んだ)モデルによって理解する可能性が開かれた.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 11件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Beihang university(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Gel dynamics in the mixture of low and high viscosity solvents: Re-entrant volume change induced by dynamical asymmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, M. Seii, J. Sui and M. Doi
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 152 号: 18 ページ: 1849011-8

    • DOI

      10.1063/5.0002266

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gradient flow model of mode-III fracture in Maxwell-type viscoelastic materials2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka and T. Takaishi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan (Accepted)

      巻: 1 ページ: 1-1

    • NAID

      210000158347

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topology and Toughening of Sparse Elastic Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tetsuo、Onoue Yudai、Sawae Yoshinori
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 号: 6 ページ: 68002-68002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.068002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Effect on Frictional Properties for Thin Hydrogel Films of Poly(vinyl ether)2019

    • 著者名/発表者名
      Itagaki Nozomi、Kawaguchi Daisuke、Oda Yukari、Nemoto Fumiya、Yamada Norifumi L.、Yamaguchi Tetsuo、Tanaka Keiji
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 号: 24 ページ: 9632-9638

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b01786

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Patterning defects in high-speed reverse offset printing: lessons from contact dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusaka, M. Mizukami, T. Yamaguchi, N. Fukuda, H. Ushijima
    • 雑誌名

      Micromechanics and Microengineering

      巻: 29 ページ: 045001-045001

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Propagation of Fatigue Cracks in Friction of Brittle Hydrogels2018

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tetsuo、Sato Ryuichiro、Sawae Yoshinori
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 4 号: 2 ページ: 53-53

    • DOI

      10.3390/gels4020053

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Phase Field Crack Growth Model and Its Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshimi Tanaka
    • 学会等名
      BIRS Programs: Phase-Field Models of Fracture
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ソフトマターの破壊:柔らかさが応力集中を低減する2つの事例2019

    • 著者名/発表者名
      田中良巳
    • 学会等名
      日本材料学会・塑性工学部門委員会講演 兼 大阪大学基礎工学研究科機能創成セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Topology and toughening of sparse elastic networks2019

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      Polymers and networks via topology and entanglement
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] やわらかい高分子の粘着・剥離・破壊動力学と可視化実験を援用したお手軽モデリング2019

    • 著者名/発表者名
      山口哲生
    • 学会等名
      MathAM-OIL企業連携ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エラストマーの破壊・摩擦・摩耗2019

    • 著者名/発表者名
      山口哲生
    • 学会等名
      第51回エラストマーの補強研究分科会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 螺旋の濡れの安定形態2019

    • 著者名/発表者名
      田中良巳
    • 学会等名
      界面現象の数理・モデリング研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] き裂進展数理モデルと粘弾性体への拡張2019

    • 著者名/発表者名
      高石武史
    • 学会等名
      日本材料学会・塑性工学部門委員会講演 兼 大阪大学基礎工学研究科機能創成セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フェーズフィールドでとらえるき裂とその時間発展2019

    • 著者名/発表者名
      高石武史
    • 学会等名
      大阪大学MMDSワークショップ 工学と数学の接点を求めて
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gradient Flow Model of FractureandIts Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshimi Tanaka
    • 学会等名
      fff
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Soft Matter Mechanics2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshimi Tanaka
    • 学会等名
      CoMFoS2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Simulation study of the viscoelastic properties of phase field crack model2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Takaishi
    • 学会等名
      CoMFoS2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フェーズフィールドを用いた粘弾性体き裂進展の解析2018

    • 著者名/発表者名
      高石武史
    • 学会等名
      応用数理ものづくり研究会 第25回技術セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] Surfactants in Tribology2019

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      CRC PRESS
    • ISBN
      9781138584570
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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