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多時間スケールの競合する非線形応答:雪崩的な崩壊現象

公募研究

研究領域スロー地震学
研究課題/領域番号 17H05420
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学 (2018)
島根大学 (2017)

研究代表者

大槻 道夫  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (30456751)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード粉体 / ジャミング転移 / 記憶効果 / 非線形応答 / 雪崩 / 物性基礎論
研究実績の概要

今年度はせん断粉体の雪崩的な崩壊現象に関連した時間スケールの異なる現象に関する研究を実施した。特に、粉体層に一定速度で物体を押し込んだ際に発生する雪崩的な抵抗力の分布に関して、ゆっくりと進行する平均的な力の増大のスケーリング則と、短時間で発生する雪崩的なスリップ由来のサイズ分布に関する統計則を明らかにした。また、せん断を加えた粉体に関して、短期的なスケールで加えた変形が、長期的なスケールの巨視的現象に与える記憶効果についても研究を進めた。成果は各種の学会で発表し、成果をまとめた論文も投稿中である。
雪崩的な抵抗力に関しては、これまでアコースティック・エミッションなどによる間接的な実験などがほとんどで、その応答を直接計測した先行研究は存在しなかった。そこで、2次元系でのシミュレーションを実施し、その応答のパラメータ依存性を詳細に調べた。近年、ある種の平均場モデルでその振る舞いのユニバーサルな記述の存在が予言されていたのであるが、我々のシミュレーションではそれとは全く異なる臨界指数を示す結果が出ており、従来の単純な描像との食い違いが明らかになった。
また、巨視的な記憶効果に関しては、近年粉体を含む摩擦粒子系で着目されているシア・ジャミングと呼ばれる現象との対応を明らかにした。特に、これを記憶効果として記述する新たなプロトコルに基づいたシミュレーションを実施するとともに、臨界点近傍でごくわずかなせん断によって、固体的な層が崩壊して一気に流動化するメルティングとも呼べる現象を発見している。これは、ある種の大規模地震の発生とも考えられ、それの詳細な検討を実施しているところである。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 周期的なせん断を受けた粉体におけるシア・ジャミング2018

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 37 ページ: 532-535

    • 関連する報告書
      2018 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] Discontinuous change of shear modulus for frictional jammed granular materials2017

    • 著者名/発表者名
      Otsuki Michio、Hayakawa Hisao
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 95 号: 6 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physreve.95.062902

    • 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
  • [学会発表] せん断粉体におけるYieldingとShear Unjamming2019

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 粉体層中の抵抗力における雪崩的応答のサイズ分布2019

    • 著者名/発表者名
      西岡智美、大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会(
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 希薄せん断粉体のエネルギースペクトル2019

    • 著者名/発表者名
      足立満、大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ペーストの記憶効果の2次元弾塑性流体モデル2019

    • 著者名/発表者名
      森田純平、大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 周期剪断を受けた粉体におけるShear Jamming2018

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 学会等名
      ガラス転移と関連分野の先端研究
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Shear modulus of granular materials near jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      Rheology of disordered particles - suspensions, glassy and granular materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] History-dependent shear jamming of frictional grains under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      Rheology of disordered particles - suspensions, glassy and granular materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shear jamming of frictional spheres under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki, Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      European Solid Mechanics Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周期的せん断を受けた摩擦粒子系におけるShear Jamming2018

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      計算粉体力学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 周期的せん断を受けた粉体におけるシア・ジャミング2018

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] プロトコルに依存したシアジャミング:フラジャイル相と不連続シアシックニングの関係2018

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Shear jamming, discontinuous shear thickening and fragile state in frictional grains under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      Physics of jammed matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] History-dependent shear jamming of granular materials under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      MMM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shear jamming of frictional grains under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Otsuki Michio、Hayakawa Hisao
    • 学会等名
      APS March meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Protocol dependent shear jamming of granular materials under oscillatory shear2018

    • 著者名/発表者名
      Otsuki Michio、Hayakawa Hisao
    • 学会等名
      Mini-symposium on "Packings and flows of dense granular materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 球接合粒子のレオロジー2018

    • 著者名/発表者名
      稲田和久,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 周期剪断を受けた摩擦粒子系におけるShear jamming2017

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫、早川尚男
    • 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

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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