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Mesoscale modeling for disclinations toward a theory for kink and material strengthening

公募研究

研究領域ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製-
研究課題/領域番号 19H05131
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
研究機関九州大学

研究代表者

Cesana Pierluigi  九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 准教授 (60771532)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードDisclinations / Kink formation / Calculus of Variations / Solid Mechanics
研究開始時の研究の概要

I will focus on the investigation of topological mismatches (disclinations) caused by kinks by employing tools from solid mechanics and calculus of variations with the goal of elucidating the overall effect of kinks and disclinations on the materials strengthening.

研究実績の概要

Developed a numerical code based on the Finite Element Method for a micro-plasticity model of metal alloys (elastic crystals). Computed numerical solutions to uniaxial traction tests of rectangular structures with square or hexagonal lattice symmetries. Discovered that kinks emerge due to interplay of structural vs. material instabilities and kink morphologies strongly depend on lattice symmetry and aspect ratio. Developed an analytical theory to describe self-similar microstructures in elastic crystals as the solutions to differential inclusion problems in non-linear elasticity. As an application, obtained exact constructions and energy estimates of elastic deformations causing disclinations. Developed the first mathematically rigorous theory for the modeling of planar wedge disclinations by characterizing the Gamma-limits of a discrete model on the triangular lattice. Computed energies and lattice displacements causing disclination and analyzed their behavior as the lattice spacing vanishes, thus characterizing the energetics of large samples with disclinations. Computed exact solutions to a fourth order model for surface diffusion and obtained exact effective energies in soft polymers with low order states.

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件、 招待講演 10件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Max-Planck-Institute for Math. in Sc./Technische Universitat Berlin(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] La Trobe University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Discrete-to-continuum limits of planar disclinations2021

    • 著者名/発表者名
      Cesana Pierluigi、van Meurs Patrick
    • 雑誌名

      ESAIM: Control, Optimisation and Calculus of Variations

      巻: 27 ページ: 23-23

    • DOI

      10.1051/cocv/2021025

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Solution for 4th-order nonlinear axisymmetric surface diffusion by inverse method2020

    • 著者名/発表者名
      Gallage Dilruk、Triadis Dimetre、Broadbridge Philip、Cesana Pierluigi
    • 雑誌名

      Physica D: Nonlinear Phenomena

      巻: 405 ページ: 132288-132288

    • DOI

      10.1016/j.physd.2019.132288

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exact Constructions in the (Non-linear) Planar Theory of Elasticity: From Elastic Crystals to Nematic Elastomers2020

    • 著者名/発表者名
      Cesana Pierluigi、Della Porta Francesco、Rueland Angkana、Zillinger Christian、Zwicknagl Barbara
    • 雑誌名

      Archive for Rational Mechanics and Analysis

      巻: 237 号: 1 ページ: 383-445

    • DOI

      10.1007/s00205-020-01511-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exact constructions in the (non-linear) planar theory of elasticity: From elastic crystals to nematic elastomers2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana, Francesco Della Porta, Angkana Rueland, Christian Zillinger, Barbara Zwicknagl
    • 雑誌名

      Archive for Rational Mechanics and Analysis

      巻: -

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2021

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Seminar at Cardiff University
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomistic-to-continuum limit of planar disclinations2021

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      JSIAM Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Reduced-dimension models for nematic elastomers foundations2021

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      ANZIAM Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mesoscale modeling of disclinations towards a theory for kink and materials strengthening2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Nagano study group
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Seminar at Bath University
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Reduced-dimension models for nematic elastomers foundations2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      JSIAM Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Seminar at Bristol University
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mesoscale modeling for disclinations toward a theory for kink and material strengthening2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      University of Osaka
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations and avalanches in elastic crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      State Key Lab for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaodong University, PRC
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2019

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      JP-ITA Mini-symposium on Elastic Structures and Defects, Kyushu University, JP
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2019

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      EU-JP MFS Conference Prague, CZ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical models and ideas for disclinations2019

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Pattern formation and defects, RIMS Gasshuku, Kyoto
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Variational and stochastic models for martensite2019

    • 著者名/発表者名
      Pierluigi Cesana
    • 学会等名
      Gradient flows workshop, Kanazawa, JP
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] JP-ITA Mini-symposium on Elastic Structures and Defects, Kyushu University, JP2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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