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2020 年度 実績報告書

亀裂パターンの幾何構造を支配する普遍則の探究

研究課題

研究課題/領域番号 20J10344
研究機関山梨大学

研究代表者

秋葉 祐里  山梨大学, 医工農学総合教育部, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワード収縮破断 / パターン形成 / 幾何構造 / 柱状節理 / マスクメロン / 塩原
研究実績の概要

本研究課題の目的は、自然に形成される多角形パターンについて、物質の詳細に依存しない幾何共通則を導出することである。
最終年度は、マスクメロンの表面に現れる網目パターンの解析を行い、研究成果を論文にまとめた。マスクメロンの網目は、果実の成長過程で膨張する果肉と固化した表皮との力学的な不釣り合いに起因する果皮の断片化によって生じる。本研究では、網目に囲まれた微細な表皮片の面積を画像解析により統計的に分析し、メロンの品種に依存しない共通則の導出を試みた。その結果、断片面積の分布が品種に依らず特定の確率密度関数に従い、脆性材料の破壊挙動の理論的議論と整合的であることがわかった。このことは、断片面積の確率分布を支配する共通法則を示唆している。
また、柱状節理に関しては、実際の露頭表面に現れる多角形形状が、破壊力学的に理想的な多角形形状からどれほど揺らいでいるのか統計解析によって精査し、この成果を国際的な学術専門誌(査読付)へ原著論文として公表した。意外にも、岩石が示す幾何揺らぎは岩の化学組成や溶岩の冷却条件などの要因から影響を受けない普遍的な現象であることが判明した。さらに、幾何揺らぎが溶岩の冷却表面から内部へ向かって変動していく様子を、ボロノイ分割の手法を用いた数値シミュレーションで再現した。それによって、柱状節理の形成過程が等温分布と亀裂伝播の連成によって説明できるという既存の仮説を支持する結果を得た。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Geometric Attributes of Polygonal Crack Patterns in Columnar Joints2021

    • 著者名/発表者名
      Akiba Y.、Takashima A.、Inoue A.、Ishidaira H.、Shima H.
    • 雑誌名

      Earth and Space Science

      巻: 8 ページ: e2020EA001457

    • DOI

      10.1029/2020EA001457

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Universal fluctuation of polygonal crack geometry in solidified lava2021

    • 著者名/発表者名
      Akiba Yuri、Takashima Aika、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 104 ページ: 025009

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.104.025009

    • 査読あり
  • [学会発表] 幾何形状解析による道路網の土地利用評価2022

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里,山崎雅也,島弘幸,佐藤太裕
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] 道路網がつくり出す街区の面積分布と土地利用の相関解析2022

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里,島弘幸,佐藤太裕
    • 学会等名
      MIMS現象数理学研究拠点共同研究集会「社会物理学とその周辺」
  • [学会発表] Is there a unified rule for polygonal cracking in cooled lava surface?2021

    • 著者名/発表者名
      Yuri Akiba, Aika Takashima, Hiroyuki Shima
    • 学会等名
      The 25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM 2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] メロンの網目に学ぶ球面での破断パターン形成機構2021

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里,島弘幸,佐藤太裕
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 火成岩の破断パターンに潜む幾何形状の共通則2021

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里,島弘幸
    • 学会等名
      Young Soft Webinar

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公開日: 2022-12-28  

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