2019 Fiscal Year Annual Research Report
ゲル材料モデリングの高度化と成長誘起形態形成の分岐座屈解析フロンティア
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19H00739
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
奥村 大 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70362283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 真 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90432624)
田中 展 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70550143)
伊田 翔平 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (80610740)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 固体力学 / 材料力学 / ゲル / 高分子合成 / 不安定変形 / 膨潤 / パターン変態 / 形態形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ゲル材料モデリングの高度化と成長誘起形態形成の分岐座屈解析フロンティアに取り組んでおり，本年度の研究業績は以下のようにまとめられる．まず，高分子ゲルの弾性特性を評価するための理論研究を行い，固体力学の分野で最も権威のある国際雑誌に論文が掲載された（Okumura et al., Journal of the Physics and Mechanics of Solids (2020)）．この研究では，一般的なFrenkel-Flory-Rehner仮説に基づいて自由エネルギー関数を設定し，膨潤状態や基準となる変形状態が変化したときの，ヤング率やポアソン比の一般解を導出した．同様にして，膨潤エラストマーの粘弾性特性に関する論文が掲載された（Bosnjak et al., Journal of the Physics and Mechanics of Solids (2020)）．この論文では，VHBテープと有機溶媒の組み合わせに対して，膨潤後の粘弾性特性の喪失を議論しており，代表者の提案しているスケーリング指数を用いた拡張材料モデルを用いて，理論的にも粘弾性特性の消失について検証している．このほかにも，高分子合成に関する研究として論文が2編掲載されており，二層ゲル膜のパターン変態に関する基礎的な検討として，計算力学的な論文も掲載されている（三好・奥村，計算数理工学論文集 (2019)）．剛性基盤との界面におけるすべりによって引き起こされる形態形成の立体化についても，数値解析による影響因子同定のモデル化は進んでおり，国内講演会において発表している．また，パターン変態の写真からFFT解析による特徴量の評価や二層ゲル膜を構成する単層ゲルのパラメトリックな物性計測も進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究業績の概要に記載したように，研究課題はおおむね順調に進んでいる．たとえば，論文掲載されたような材料モデルの理論研究や高分子合成の研究課題は順調に進んでいる．界面すべりを伴うタングル化と呼んでいる形態形成についても，界面すべりとゲル膜の界面に生じる吸着力を有限要素解析の枠組みにおいてサブルーチン開発して実装し，動作確認するとともに，影響因子の同定に向けて予想以上に進展している．ゲル膜の物性評価については，粘弾性計測のノウハウは蓄積されつつあり，今後は二層ゲル膜の物性計測を進めることができる状況にある．パターン変態の追跡についても，代表者の提案している逐次的な座屈固有値解析の手法によって，系統的かつ網羅的に分岐経路の追跡が可能であることは確かめられており，解析結果もそろいつつあるため，得られた知見を論文投稿する準備を進めている．理論及び実験，計算を平行に進めることによって，独自の研究成果の獲得に向けて順調であるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として，2年目の今年度は実験サイドとしては，二層ゲル膜の作成と単層ゲル膜の物性の組み合わせによって生じるパターン変態の関係を明らかにすること目指している．そのための物性計測をまずは進め，理論サイドとして，材料モデルの高度化の参考にするとともに，構築された材料モデルを計算サイドとして，有限要素解析に実装し，シミュレーションを行うことによって，実験だけでは評価することのできない影響因子やそれらの多くの組み合わせの中での相互作用の状態図関係を明らかにするように研究を進める．タングル化の影響因子解析は今年度にしっかりとした成果がでる期待があり，この点にも重点をおいて，形態形成に及ぼす表面不安定や界面不安定の段階的な連続発生の影響について研究を進め，パターンの定量化を画像データや高さデータからのスペクトル分析によっても行い，これらを総合して研究を推進する．
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Research Products
(28 results)
