| 研究課題/領域番号 |
23K03248
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
大槻 道夫 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30456751)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 粉体 / ジャミング / 摩擦 / ジャミング転移 / 連続体力学 / レオロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ジャミング転移・Yielding転移を含む粉体の特異的な力学的特性の微視的解明と、マクロな粉体の流動化・固化に関連した多様な問題の解明を二つの軸として、それらの発展的な展開を目指す。粉体で観測されるジャミング転移とYielding転移に関しては既に基礎的な研究を進めているので、それらを元により実際の実験環境に近い状況での力学的特性を目指す。さらに、砂山の流動やパイプ中の目詰まり、振動による砂山の流動化、粉体中の抵抗力に関する個別も問題の解明に上記の研究成果を持ち込み、相補的な発展を通じて粉体力学の確立を目指す。
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| 研究実績の概要 |
固体的な振る舞いと流体的な振る舞いの両方を見せる粉体のダイナミクスに関して、それらを記述する理論的な枠組みの確立を目指して研究を進めてきた。粉体の力学的特性を微視的に解明する研究と、マクロな粉体の様々な流動現象を連続体的な枠組みで解明する研究の二つの研究を同時に進め、いくつかの研究成果を得た。まず、粒子間に斥力のみが働く場合の剛性を調べ、粒子配置からそれを得る理論的な枠組みを提案した。また、引力が働く場合の粉体の力学的特性を調べ、その構造特性も合わせて調べた。粉体の流動化に関しては、圧力で圧縮された粉体中を動く物体に関して応力分布から抵抗力を求める式を理論的に導出し、重力で堆積された粉体における抵抗則を発見した。さらに、平板間の粉体の流動に関して、外力、平板間の厚さ、外力の大きさによって、流動化と固化に関する相転移が発生することを発見し、その臨界点近傍の臨界性を理論的に導出した。それらの発展として、円筒容器に入れられた粉体の流動に関して、速度場を連続対方程式から導出する手法を提案し、それに基づいて速度場のスケーリング則を導出した。従来の実験的な研究では、様々な要素が絡む経験則だけが提案されている状況だったが、本研究で奥行方向が一様と見做せる系においては、流動層の厚さが容器の直径のみに依存するという結果を理論的に導出することに成功した。それらに加えて、関連した静的な状態から動的な状態への転移を示す弾性体間の摩擦に関しても、その形状から摩擦係数を求める理論を連続体解析から求めることにも成功している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
粉体の力学的特性とマクロな流動化を表す現象の解析の二つの課題を進める今回の研究計画のそれぞれにおいて進展があった。出版論文は１本だけであったが、それらの成果は学会や研究会の招待講演として公表しており、論文自体も２本が投稿中で、さらに２本の論文投稿を今年度中に行う予定である。研究成果自体は当初の計画にそって進んでおり、次年度に向けて順調な進展が見られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究成果をもとに、それらを進める研究を計画している。まず、粉体の力学的特性に関しては、粒子間の引力相互作用が入った系についての剛性率を計算する理論に向けてシミュレーションと解析の両面から研究をすでに始めている。また、特に大きな進展があった平板間の粉体の流動に関しても粒子間引力を取り入れた連続体方程式による解析を進めている。解析計算自体はすでに済んでおり、それをもとに粒子シミュレーションによる検証を合わせて論文投稿まで進められるはずである。また、円筒中の運隊の流動も３次元シミュレーションに発展させる計画が進んでおり、その実験的検証と合わせて研究を進展させる予定である。
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