三次元粒状体の微視的構造と巨視的挙動の精密計測および解析手法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11875101
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小長井 一男 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50126471)
• 研究分担者: 松島 亘志 筑波大学, 機能工学系, 講師 (60251625)
• キーワード: 粒状体 / 三次元 / 可視化 / 平面ひずみ圧縮試験 / レーザー援用トモグラフィー

研究概要

砂礫などの粒状体を材料として扱う工学分野では、その材料の巨視的な性質に関する実験結果に基づく理論や経験則を背景に変形解析が行われている。しかしながら粒状体の巨視的性質は、個々の構成単位である個別の粒子が持つ基本性質(一次情報)に加えて、これらが積みあがって構成される粒子骨格(fabric)に大きく依存し、これを的確に把握しなければ現行の解析法が直面している諸問題(ひずみの局所化、力学的ラチェット現象など)の解決は難しい。本研究では研究代表者らが開発した三次元粒状体内部の可視化手法(レーザー援用トモグラフィー:LAT)を粒状体の標準的試験の一つである平面ひずみ試験装置などに応用し、供試体内部の三次元的な粒子運動や形態という従来手法では得ることのできない情報を、粒子集合体としての巨視的性質の精密計測と関連付ける手段を提供する。
本年度は粉砕したガラス粒子をボールミルで攪拌し、その加工時間を増すことで自然粒子の粒形に近づくことを確認し、実験材料とした。そしてメンブレンや脱気の工夫を様々にこらし、最終的に平面ひずみ装置の試作品を完成させ、供試体の光学的切断面を多数撮影することに成功した。そして撮影された画像解析プログラムを作成し、これによって半自動ではあるものの三次元粒状体内部のあらゆる粒子の3次元画像の作成などが可能になった。これらの成果をとりまとめたものを査読論文として投稿することを準備中である。

研究成果

• [文献書誌] Konagai,K., Luo,X., Nishimura,A. and Mikami,A.: "Plastic Deformation of Soil built up in the January 17, 1995 South-Hyogo Earthquake"Proc. Railway Mechanics. 3. 65-70 (1999)
• [文献書誌] 松島亘志,石井高幸,小長井一男: "LATによる3次元粒状体内粒子配列情報の画像解析"土木学会第54回年次学術講演会講演概要集. Vol.III(A). 74-75 (1999)
• [文献書誌] 石井高幸,松島亘志,小長井一男: "LAT手法を適用した平面ひずみ圧縮試験における粒子運動の微視的観察"第35回地盤工学研究発表会(受理済み). (2000)
• [文献書誌] Matsushima,T., Chambon,R. and Caillerie,D.: "Second Gradient Models as a Particular Case of Microstructured Models"A Large Strain Finite Element Analysis, C.R.Acad. Sci. Paris. T.328,Serie II b. 1-8 (2000)
• [文献書誌] Matsushima,T., Chambon,R .and Caillerie,D.: "Strain Gradient Plasticity Theory in Large Strain"Proc. IWBL'99, International Workshop on bifurcation and Localisation in Geomechanics. (to appear).