破壊のパターン形成と分布法則の普遍性

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03652
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 湯川 諭 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (20292899)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 破壊パターン / 球殻の準静的破壊 / 複合材料の破壊

研究実績の概要

今年度は昨年度に引き続き、二次元系における破壊現象の曲率効果を球殻の破壊を通じて調べる方針で研究を行った。対応する系としては氷天体のひび割れパターンやマスクメロンのひび割れなどがある。この理論的研究でパターンの様子とその統計的性質の普遍的な振る舞いが明らかになることを期待して研究を行っている。また統一的で普遍的な理解ができれば、個別の現象に対してもどのような観点から調べればよいかが明らかになり応用も広がると考えている。
昨年度までにわかっている準静的膨張にともないひび割れが全球に波及しないダメージ相から、ひび割れが完全に全球にパーコレートするフラグメント相への転移、その切り替わりの際に見られるパーコレーション現象と類似の臨界現象的な振る舞い、破壊破片のサイズ分布などをより詳細に調べた。当初の研究目的の一つである曲率効果を明らかにするためにシミュレーションを行ったのだが、現在までのところあまり曲率効果が明らかに見えておらず、この問題に対してはさらなる研究が必要である。
またマスクメロンのような系を念頭に破壊を考える際にその素材の強度の違いがあることを考慮する必要がある。そこで複合素材における破壊の様子を新たなモデルを構築して調べた。まだまだ予備的な結果であるが、一軸的な引っ張りに対し系の応答を調べた結果、弾性的に振る舞う初期の線形領域と、その後の複合材料を入れたことによるある種塑性的といってよい応力の挙動が見られた。これは新たな物理的理解の萌芽を含んでおり今後より詳細な研究をする必要があると思われる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

昨年度シミュレーション用のプログラムを全面的に書き換えたことによって最初からパラメーター調整などを行ったことにより少しシミュレーションの開始がおくれた。また計算を始めたのだが当初の研究目的に沿った効果があまり見えず、その部分の考察および模索に時間を取られたため少し研究が遅れている。

今後の研究の推進方策

今年度が本来の最終年度であったが、研究の遅れにより研究期間を延長している。今後は研究期間の終了も見据えて、球殻の破壊および複合素材での破壊現象の研究を行う。最低限の到達目標として研究期間終了後以降の研究展開の萌芽となるような成果を残したい。また延長期間中に論文として何らかの成果を発表する。

次年度使用額が生じた理由

今年度は予想していた十分な成果が得られなかったため成果発表をする機会がなく、そのための予算がそのまま次年度使用額として発生している。この予算は成果発表にかかる旅費や論文出版費として使用する予定である。