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2017 年度 実績報告書

接触角ダイナミックスの数理

研究課題

研究課題/領域番号 26870224
研究機関京都大学

研究代表者

SVADLENKA KAREL  京都大学, 理学研究科, 准教授 (60572188)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード界面ネットワーク運動 / 数値解析 / レベルセット法
研究実績の概要

接触角ダイナミックスの数学的な理解は,近年多くの研究者が注目する問題である.本研究を通して,数値計算において利用できる適切な近似法を考察する方向から攻める方法で,この問題の部分的な解決に貢献した.
具体的には,変形中に起こる位相変化などの特異性を扱うことのできるレベルセットによる表現に着目し,接触角の運動が代表例となる多相発展問題をベクトル値関数の等高面を用いて近似できることを示し,このアプローチの数学解析を行い,実装可能な数値スキームを開発した.特に,接合点における収束が重要な新しい結果である.
次に,接触角の運動問題においてそれぞれの界面の表面張力が異なる特徴,そして相の体積が保存される制約条件を数学的に扱う方法を提案し,対応する数値解法の解析を行った.これにより,細胞組織の形成のような実際問題の界面モデルによる数値実装が可能となった.
慣性(界面の加速度)を考慮しない従来のモデルでは運動中の接触角は一定で面白いダイナミックスが見られないことから,研究の後半では界面の形状に依存する加速度の効果を調べた.この種の最も単純なモデルである双曲型平均曲率流でさえ位相変化まで踏み込んだ数値解析は行われていなかったが,本研究ではレベルセット法に基づいた近似を開発した.
最終年度において,この双曲型界面運動の数値解析と接触角問題で求められる多相設定や体積に関する拘束条件に対応するための高度化に専念し,これらの要素を含む正しい近似法を確立した.さらに,他研究者が並行して得た結果を取り入れ,応用上で重要となる非等方的な界面エネルギーへ拡張した.
以上の通り,接触角ダイナミックスを完全に説明する数学的な理論という本研究の最終目標には至っていないが,数学的な根拠をもつ汎用的な近似法の開発により,現象のシミュレーションの正確な再現を可能にしただけではなく,理論を完成させるのに必要な知見も得た.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] 中国科学アカデミー(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学アカデミー
  • [雑誌論文] Numerical method for the simulation of contact angle dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Shofianah Nur、Svadlenka Karel、Mohammad Rhudaina
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1913:1 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5016654

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Numerical approximation of multiphase interface evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      A3 Workshop on Soft Matter 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Method of thresholds for numerical approximation of interface network motion2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      OIST Mini Symposium: Viscoelasticity and Dissipative Dynamics of Rods and Membranes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical approximation of hyperbolic mean curvature flow2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      Equadiff 2017, Minisymposium MS21 - Moving boundaries and complex phenomena II, Slovak Technical University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical analysis of moving interfaces: the level-set and phase-field approaches2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      IMI workshop: Mathematics in Interface, Dislocation and Structure of Crystals
    • 招待講演
  • [学会発表] Models and Computational Methods for Moving Interface Networks2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      ICWOMAA 2017, Ijen Suites Hotel Resort, Malang
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Simulation of interfacial motion with non-constant tensions2017

    • 著者名/発表者名
      Svadlenka Karel
    • 学会等名
      A3 Workshop on Fluid Dynamics and Material Science, Qingdao
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 個人ホームページ

    • URL

      https://www.math.kyoto-u.ac.jp/~karel/index.html

  • [学会・シンポジウム開催] Free Boundary Problems and Nonlinear PDEs2017

  • [学会・シンポジウム開催] MIMS Workshop on Modeling and Numerical Analysis of Nonlinear Phenomena2017

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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