摂動解析の動的非線形化による凸凹パターン変態の全貌解明

2024 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K18284
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 奥村 大 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70362283)
• 研究分担者: 永島 壮 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80800317) ; 松原 成志朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40823638)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2025-03-31
• キーワード: 固体力学 / 材料力学 / 分岐座屈 / ゲル / 高分子合成 / 不安定変形 / パターン変態 / 形態制御

研究実績の概要

本研究では、摂動解析の動的非線形化による凸凹パターン変態の全貌解明を目的とする研究課題に取り組んでおり、最終年度の成果として、超弾性体の一般形としてGent-Gent超弾性材料を想定してリンクル・クリース変態の特性を調べ、ハイインパクト雑誌であるInternational Journal of Mechanical Sciencesに採択された。ほかにもリンクル・クリース変態に及ぼすI2不変量の影響も明らかにした。さらに二層構造体表面上の液滴によって駆動するリンクル・フォールド変態に及ぼす表面張力の影響を非線形有限要素解析によって評価し、機構を解明するとともに設計変数の空間における状態図作成を進めた。実験的アプローチでは、液滴によって駆動するリンクル・フォールド変態を観察・計測するとともに、膜厚勾配を有する二層構造体に生じるリンクルとクリースを評価し、ゲル化過程に生じるパターン変態の膜厚依存挙動を観察した。さらに、基盤中に繊維を配置し、表面パターン変態に及ぼす影響を統計的に調べた。研究期間全体としては、非線形摂動解析をツールとして駆使することによって、リンクル開始点からクリース開始点に繋がる不安定経路の存在を明らかにし，リンクル・クリース問題のミッシングリンクとしての機構を解明するとともに、表面張力との相互作用を非連成形式ではあるものの評価するフレームワークを構築した。これまでの研究によって、研究基盤構築は達成されたと評価できる。今後は表面不安定を利用した表面機能制御の発展に取り組むとともに、得られた知見が普遍性を有することから、この分野の応用研究が広がりを持ち、波及することを期待する。

研究成果

• [雑誌論文] Deformation in the wrinkle-crease transformation (2024)
  • 著者名/発表者名: Ishida Tatsuya、Matsubara Seishiro、Nagashima So、Okumura Dai
  • 雑誌名: International Journal of Solids and Structures 巻: 298 ページ: 112876
  • DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2024.112876
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crease instability in Gent-Gent hyperelastic materials (2024)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Seishiro、Kobayashi Keijiro、Ishida Tatsuya、Nagashima So、Okumura Dai
  • 雑誌名: International Journal of Mechanical Sciences 巻: 280 ページ: 109549
  • DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2024.109549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhomogeneous instability patterns in polyacrylamide hydrogel bilayers (2024)
  • 著者名/発表者名: NAGASHIMA So、UCHIYAMA Wataru、HAYASHI Shunsuke、MATSUBARA Seishiro、OKUMURA Dai
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 11 ページ: 24-00350
  • DOI: 10.1299/mej.24-00350
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 水フィラメントに駆動されるリンクル・フォールド変態の数値解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 太田陸斗，永島壮，松原成志朗，奥村大
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: 24 ページ: 05-241213
  • 査読あり
• [雑誌論文] クリースの形成に及ぼすひずみ第二不変量の影響 (2024)
  • 著者名/発表者名: 岡村太暉，松原成志朗，永島壮，奥村大
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: 24 ページ: 06-241213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Bifurcation and Deformation of Surface Instability (2024)
  • 著者名/発表者名: Okumura, D.
  • 学会等名: The Fifteenth Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications (AEPA 2024)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deformation in the wrinkle-crease transformation of a monolayer system (2024)
  • 著者名/発表者名: Okumura, D. Ishida, T., Matsubara, S., Nagashima, S.
  • 学会等名: The 4-th International Workshops on Advances in Computational Mechanics (IWACOM-IV)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] リンクルークリース変態の変形 (2024)
  • 著者名/発表者名: 奥村大
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学部門2024年度第2回ゴムの材料力学に関する研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Bifurcations and Deformations of Surface Pattern Evolution (2024)
  • 著者名/発表者名: 奥村大
  • 学会等名: 日本材料学会 第73期第3回塑性工学部門委員会（第1回塑性力学分科会）
  • 招待講演
• [学会発表] 構造と材料の分岐・座屈・不安定－ハニカム構造の座屈から表面不安定まで－ (2024)
  • 著者名/発表者名: 奥村大
  • 学会等名: 第2回軽金属学会「キンク研究部会」
  • 招待講演
• [学会発表] NUMERICAL ANALYSIS OF WRINKLE-TO-FOLD TRANSITIONS INDUCED BY WATER SURFCE TENSION (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohta, R., Nagashima, S., Matsubara, S., Okumura, D.
  • 学会等名: The 26th International Conference of the Theoretical and Applied Mechanics(ICTAM2024)
  • 国際学会
• [学会発表] Folding of a Thin Film on a Fiber-Incorporated Soft Substrate (2024)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, S., Nagashima, S., Solhtalab, A., Matsubara, S., Razavi, M.J., Okumura, D.
  • 学会等名: IUTAM Symposium on Mechanics of Soft Materials and Soft Robots
  • 国際学会
• [備考] 大学ホームページ
  • URL: https://www.mech.nagoya-u.ac.jp/mml/
• [備考] Google Scholar
  • URL: https://scholar.google.com/citations?user=uY5i9UkAAAAJ&hl=en
• [備考] Research Gate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Dai-Okumura
• [備考] ORCID
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-4020-8258
• [備考] Web of Science
  • URL: https://www.webofscience.com/wos/author/record/2271990