2020 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of granular flow with multi-scale and quantum mechanics
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19K21990
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 健一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50271648)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロメカニクス / マルチスケール / 二重性 / 粒状体 / 量子力学 / 分級 / 粒子流れ / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子濃度が高く、大きな運動エネルギーを持つ石礫型土石流の挙動に代表される粒状体の流れに関して、マルチスケールと二重性の視点から、未解明とされる大きな粒子の浮き上がり現象などの特徴的な挙動の統一的解釈、合理的な力学指標の発見、モデル化など、ダイナミクスの構築が本研究の目的である。防災・減災だけでなく、堆積後の地形形成、それに起因する環境保全や生物多様性等の観点からも重要で意義の高い研究課題である。
①【本研究の目的】 粒状体の流れを支配するダイナミクスの画期的な進展をねらう本研究における期間内での主な目的と達成目標を以下に示す。
1)流れ表面の速度の周期的・非周期ゆらぎをスティック・スリップ現象として捉え、流れに潜む粒子性と波動性の二重性（量子力学的捉え方）を見出し、流れの支配因子を浮き彫りにした。流れ挙動に及ぼす粒度や粒形、間隙水の有無、河床粗度、傾斜角の影響について、内部の可視化模型実験と数値解析を用いて調べる。限界状態土質力学の成果も活かし、粒子レベルの挙動と流れの中の応力・変形・間隙比との関係を統一的に捉え得ることを示した。
2)スティック・スリップ現象を流れ中の応力鎖の発生・消滅と関連付けて説明し、流れ中の疎密による応力の波動伝播特性を明らかにするとともに、伝播速度を用いて河床特性や粒子特性、流れの特性を統一的に関連付けした。マルチスケールの視点から限界状態の概念とフルード数を解釈することで、粒状体流れの特徴・分類を表現する物理指標を見出した（新しいフルード数の提案）。粒状体流れのマイクロメカニクスの解明の一端を開いた。
3)大きな粒子が浮き上がり先端と表層に集中する現象、分級現象のメカニズムをマルチスケールと二重性の視点からメカニズムを解明し、従来よりもより統一的説明可能な解釈を示した。
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