乾燥亀裂における破片形状と破壊過程の理論的研究

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17779
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 伊藤 伸一 東京大学, 地震研究所, 特任研究員 (10756331)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 乾燥亀裂 / 統計則 / 形状

研究実績の概要

本年度は粉水混合ペーストなどの乾燥収縮破壊過程における破片形状依存性を統計的に扱う統計モデルの構築に着手した。まずは破片形状が破壊の素過程に及ぼす影響を調べるために、乾燥収縮する物体を粘弾性体でモデル化し、そのモデルを有限要素法計算を用いて破片サイズ・破片の短軸の長さと長軸の長さの比(アスペクト比)を網羅的に変えて詳細に調べた。結果として、アスペクト比と破片が破壊されるのに必要な閾値応力が関連付けられ、その閾値応力は第１近似として短軸長さと長軸長さの調和平均と破片サイズの積の関数で表現できることがわかった。この関係を用いて、乾燥収縮によって内部応力が増大していく過程に破片形状に依存した破壊の素過程を組み合わせることが可能になったことで、乾燥収縮破壊の第１近似統計モデルの構築に成功した。この統計モデルは、破片サイズ分布を平均サイズでスケーリングすると時間に依存しない不変分布が得られるという性質（動的スケーリング則）をもち、さらに動的スケーリング則が乾燥過程に依存せずに成立することを示唆した。また、これまであまり議論されていなかったアスペクト比の分布を計算することが可能になった。さらにこの統計モデルをスケーリング理論で解析することによって、この動的スケーリング則の成立やその乾燥過程普遍性は閾値応力と破片サイズの関係性のみで決定されおり、破片形状依存性の詳細には依らないことが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当該年度では理論研究面で当初予想していなかった成果がでたため、理論研究は大きく進捗したが、実験的研究はやや遅れている。しかしながら研究課題全体の目的の達成という観点からはその遅れは許容範囲であると考えられる。

今後の研究の推進方策

今後は研究目的である乾燥収縮破壊の破片形状の素過程の理解のため、これまでの理論研究に対して実験面からフィードバックを与える研究を実施したい。

次年度使用額が生じた理由

実験的研究が研究計画よりやや遅れていることに起因して、それに関する物品の購入がなかったことがあげられる。また、初年度ということもあり、研究が発表水準に至らず、学会・研究会への参加回数が少なかったことも一因としてあげられる。

次年度使用額の使用計画

次年度分として請求した研究費と合わせた使用計画としては、実験的研究による物品の購入、学会への参加のための旅費に使用すること、などを計画している。