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2011 年度 実施状況報告書

多重安定系の状態間遷移の非凸性に基礎をおく変形構造体の力学理論の確立

研究課題

研究課題/領域番号 23656071
研究機関大阪大学

研究代表者

中谷 彰宏  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50252606)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード計算力学 / 変形体力学 / 不安定現象 / 連続体力学 / シミュレーション
研究概要

変形体の非弾性特性をマクロ変数が規定された状態で多数の局所安定なミクロ状態をとりうる多重安定系の状態間遷移によって記述する新しい連続体力学理論を確立する。とくに、背景に隠れた系としての多重安定状態の時間発展を陽に記述する定式化を行うことによって、現象論的支配方程式の素過程からの導出や、マルチスケール理論における粗視化の新しい方法論に結びつく知見を得ることを目的として研究を行っている。平成23年度は、多重安定テンセグリティ構造のユニットからなる構造体を設計し、状態遷移に基礎をおく力学理論を定式化を進めるとともに、以下の研究を実施した。1.軟化再硬化特性、すなわち二つの局所安定点を有する構成関係式を用いて局所不安定の伝ぱ機構に関する有限要素解析を行った。結果が幾何学的な制約条件と力学的平衡条件により予測される簡易モデルにより再現できることを明らかにした。2.間欠泉のパターン形成について垂直管モデルを用いた物理シミュレーションと修正ロトカ・ボルテラモデルによる数理的検討を行った。加える熱流束と入り口の流速に依存して現れる噴出様式の違いを次元解析と数理モデルによる解の性質から明らかにした。3.選択的二状態遷移による多分子モーターモデルの運動特性解析を行い、無負荷、負荷時の応答を、拡散の微視的理論により整理できることを明らかにした。4.均質化理論を用いて液相を有する多孔質体の変形解析の定式化と解析を行い、微視的内部構造の違いによるマクロ特性の評価を行うことができることを示した。 以上の成果から、微視的構造の不安定性が巨視的な特性に与える影響する系の性質を検討することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初想定した系にとどまらず、弾塑性解析、気液二相流、分子モーター、液相を有する多孔質体といった見掛け上異なる現象として現れる様々な事象に対して、微視的不安定性が巨視的な非線形特性を生み出すメカニズムを調査し、その普遍性を明らかにすることができた。

今後の研究の推進方策

双安定テンセグリティ構造を有する構造体に対して、平成23年度に行った局所安定間の遷移解析理論の定式化を基礎に、速やかに変形シミュレーションを実施する。さらに、遷移実験を行う。

次年度の研究費の使用計画

研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行し、解析モデルの検討や理論研究を先行して実施したため、当初の見込み額と執行額は異なったが、全体を通じた研究計画に変更や遅延はなく、前年度の研究費も含め、当初予定どおりの計画を進めていく。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Numerical study on unstable perturbation of intrinsic localized modes in graphene2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Doi and A. Nakatani
    • 雑誌名

      Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering

      巻: Vol.6 ページ: 70-81

    • DOI

      10.1299/jmmp.6.71

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of interaction between dislocation and grain boundary by using a lattice defect model2011

    • 著者名/発表者名
      A. Nakatani
    • 雑誌名

      Procedia Engineering

      巻: Vol.10 ページ: 1047-1052

    • DOI

      10.1016/j.proeng.2011.04.173

  • [雑誌論文] Structure and stability of nonlinear vibration mode in graphene sheet2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Doi and A. Nakatani
    • 雑誌名

      Procedia Engineering

      巻: Vol.10 ページ: 3393-3398

    • DOI

      10.1016/j.proeng.2011.04.559

  • [学会発表] 間欠泉のリズムに関する物理シミュレーショ ンと数理モデルに関する検討2012

    • 著者名/発表者名
      奥山真司・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      日本応用数理学会2012年研究部会連合発表会(招待講演)
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2012年3月9日
  • [学会発表] 間欠泉の噴出様式に現れるパターン現象のマルチスケール数理モデルによる研究2012

    • 著者名/発表者名
      奥山真司・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2012年3月16日
  • [学会発表] 選択的二状態遷移による多分子モーターの運動特性の解析2012

    • 著者名/発表者名
      國枝直弘・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2012年3月16日
  • [学会発表] 軟化再硬化特性を有する弾塑性体の局所変形伝ぱ機構に関する有限要素解析2012

    • 著者名/発表者名
      劉賀彬・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2012年3月16日
  • [学会発表] 多孔質体の固液連成解析による力学特性の評価2012

    • 著者名/発表者名
      秋山拓也・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      本機械学会関西学生会卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2012年3月15日
  • [学会発表] 自由度の束縛の視点からみた素過程と粗視化2011

    • 著者名/発表者名
      中谷彰宏
    • 学会等名
      第1回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム(招待講演)
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2011年5月24日
  • [学会発表] 間欠泉の噴出様式とその形成メカニズムに関する検討2011

    • 著者名/発表者名
      奥山真司・土井祐介・中谷彰宏
    • 学会等名
      第1回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2011年5月23日
  • [学会発表] Plasticity of crystal rotation based on a disclination theory2011

    • 著者名/発表者名
      A. Nakatani
    • 学会等名
      2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM'11+)
    • 発表場所
      Seoul, South Korea
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] Application of multi-scale modeling to deformation of metal under uniaxial torsion2011

    • 著者名/発表者名
      T. Ogawa, H. Liu and A. Nakatani
    • 学会等名
      International Symposium on Disaster Simulation & Structual Safety in the Next Generation 2011 (DS'11)
    • 発表場所
      Suita, Osaka, Japan
    • 年月日
      2011-09-18
  • [図書] 機械実用便覧 改訂第7版2011

    • 著者名/発表者名
      日本機械学会
    • 総ページ数
      13-25
    • 出版者
      丸善

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公開日: 2013-07-10  

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