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2019 年度 実施状況報告書

流れる固体の物理:「粉体力学」の確立に向けた包括的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K03670
研究機関大阪大学

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) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード粉体 / レオロジー / ジャミング転移
研究実績の概要

本研究は主に二つの具体的な課題を通じて研究を進める計画であった。一つは「ジャミング転移を含む粉体の特異的な力学的特性の微私的解明」、もう一つは「粉体のマクロな流動に関連した多様な問題の解明」というものである。今年度はそれぞれの課題に対して顕著な進展があった。まず、最初の課題に関しては、粉体に剪断を加えた際に、その剪断によって固体的な相が誘起されるシアジャミングという現象を発見し、それを論文としてPhys. Rev. Eに掲載した。近年、このシアジャミングに関しては実験的に示唆する研究がいくつか知られていたが、それらを制御されたシミュレーションで実際に力学的応答として示した今回の成果は様々な方面からの評価を受けている。また、二番目の課題に関しては、名古屋大学の実験グループと共同で、振動を加えた砂山の流動現象に関して、実験とシミュレーションの比較を行った研究で成果があった。こちらもPhys. Rev. Eに論文が出版されている。こちらの研究では、前年にPhys. Rev. Lett.に出版した実験の論文をもとに、そちらでは解析できなかった砂山中の速度分布に着目し、その内部変化に関する現象論的なモデルの考察を通じて、実験で得られる表層の速度に関するスケーリングの成立を確認している。こうした連続体記述の有効性の確認は本研究の最終的に目指すところであり、この研究の成果はそのゴールへ向けた第1歩と位置付けられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画の二つの課題についてそれぞれ顕著な成果があった。

今後の研究の推進方策

今年度は実際に論文がでた成果以外にも、いくつかの研究を同時並行で進めている。具体的には剪断を加えた粉体におけるYielding転移に関する研究と、ペーストの連続体モデルによる記憶効果の解明の論文を準備中であり、それらの執筆作業と共に、実験的な研究の立ち上げを予定している。

次年度使用額が生じた理由

年度末に出席予定だった研究会が中止となったため、そのために確保していた旅費が差額となった。今年度に日程をずらして研究会が開催される予定のため、そちらの旅費として使用する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Shear jamming, discontinuous shear thickening, and fragile states in dry granular materials under oscillatory shear2020

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

      Physical Review E

      巻: 101 ページ: 032905

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.101.032905

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laboratory experiment and discrete-element-method simulation of granular-heap flows under vertical vibration2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Daisuke、Otsuki Michio、Katsuragi Hiroaki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 ページ: 062902

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.99.062902

    • 査読あり
  • [学会発表] 周期的せん断を受けたジャミング転移点近傍の粉体レオロジー2019

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      日本地球惑星連合大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Shear jamming, fragile states, and yielding in granular materials under oscillatory shear2019

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      4th Annual Packing Problems Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 摩擦のある粉体におけるYielding transition2019

    • 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
  • [学会発表] Shear jamming and yielding transition in frictional granular materials2019

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      2019 International Workshop on Glass Physics in Beijing
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ペーストの記憶効果の2次元弾塑性モデル2019

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      ソフトマター研究会

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公開日: 2021-01-27  

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