共同研究・競争的資金等の研究課題

• 基盤研究(C), 2024年04月01日 - 2027年03月31日, 24K06978, 樟脳船を用いたアクティブマターの集団ダイナミクスの解明, 下川 倫子; 狐崎 創; 北畑 裕之, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 奈良女子大学, 4680000, 3600000, 1080000, kaken

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• 基盤研究(C), 2020年04月01日 - 2024年03月31日, 20K03886, ペーストのメモリー効果における記憶保持能力の多様性, 中原 明生; 狐崎 創, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 日本大学, 4290000, 3300000, 990000, 粉と水を混ぜた高濃度コロイドサスペンション（ペースト）は己の動きを記憶し、その記憶に従って乾燥させた時に割れやすい方向が決まる。揺れを記憶した場合は揺れに垂直に割れやすくなり、流れを記憶した場合は流れに平行に割れやすくなり、磁場を記憶した場合は磁場に平行に割れやすくなる。
  令和２年度までの研究でペーストを流す流路にスリットがある場合はスリットの前後で亀裂パターンの転移が起こることを報告したが、令和３年度の研究により、条件によってはその転移にヒステリシスが観測されるものがあることが分かった。具体的には、スリット通過前は流れに平行に割れやすく、スリット通過後はどこまで流れても流れに垂直に割れやすいままで、スリットを通過したという過去のヒステリシスが強く残ることが分かった。一方、揺れを記憶する状態のペーストを注ぎ込んでゆっくりとスリットを通過させると、スリット通過前は移動方向に垂直に割れやすく、スリット通過後は移動方向に平行に割れやすくなること、さらにスリット通過後にある距離移動すると再び移動方向に垂直に割れやすくなることが分かった。この結果は、揺れの記憶と流れの記憶は元々割れやすい方向が９０度異なるが、スリットを通過することで割れやすい方向がお互いに入れ替わること、さらに、流れの記憶でできる構造は揺れの記憶よりもはるかにヒステリシスが強いことを示している。今後はミクロな構造解析を行い、揺れと流れの記憶の構造の違いと転移現象のメカニズムを解明していく。
  ハンガリーの破壊理論の研究者との共同研究においては、揺れを記憶し異方的な亀裂パターンを生じるペーストの乾燥破壊のシミュレーションを行なったところ、乾燥破壊の初期段階では揺れに垂直に亀裂が走り、中期段階では初期亀裂と垂直な方向に亀裂が走り、後期段階では亀裂がネットワークを構成して亀裂パターンが形成されるなど実験結果の再現にも成功した。, kaken

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• 基盤研究(C), 2018年04月01日 - 2022年03月31日, 18K03560, ペーストの破壊: 記憶を司る微視的構造と塑性変形の役割, 狐崎 創; 大信田 丈志; 中原 明生, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4420000, 3400000, 1020000, 乾燥破壊において記憶効果を示すペーストでは、揺れや磁場などの外部摂動によって生じた内部の粒子の異方的な構造が、乾燥後にできる亀裂の方向を支配してる。本研究では内部構造と破壊特性との関係を解明するため、初年度から大型放射光施設SPring-8に利用申請を行い、マイクロX線CT(μCT)による粒子配列の3次元測定を行ってきている。本年度は２回目の利用申請が採択されたため、当初計画していたデータ全てを一通り無事に得ることができた。
  μCT測定は、揺れの記憶を示す石松子と寒天を含む塩化セシウム水溶液のペーストのサンプルを主に研究代表者が作成し、磁場の記憶を持つ磁性粒子のペーストのサンプルを研究分担者の中原が作成して、SPring-8に持ち込んで行った。他の研究メンバーの協力の下、初年度に確立した測定方法と測定条件を使って、初年度の測定では十分なデータが得られなかった条件を中心に多数のサンプルを測定した。購入した画像解析用のパソコンなどを用いて、得られたデータの解析を行った結果、現在までに、石松子ペーストでは粒子の隙間構造に着目すると、揺れに垂直な方向に明瞭な異方性が確認できることがわかり、成長中の亀裂を含むμCT像も初めて得ることができた。また、磁性ペーストでも磁場の方向と個々の磁性粒子の異方性に関係があることがわかった。これらの成果については物理学会において報告済みであるが、今後さらに解析を進めて、論文にまとめる予定である。また別途行っている二国間共同研究（代表：中原）でL.Goehring氏(ノッティンガム大学、UK)らと相互に交流する機会があり、関連した研究成果を発表するとともに本研究の成果についても共有し議論を行った。, kaken

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• 基盤研究(C), 2016年04月01日 - 2019年03月31日, 16K05485, ペーストの記憶の外的擾乱に対する非線形応答を用いた破壊と材料物性の制御, 中原 明生; 狐崎 創; 松尾 洋介, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 日本大学, 4810000, 3700000, 1110000, 塑性流体である高濃度固液混合ペーストが揺れや流れや磁場の方向を記憶し、その記憶に従って壊れやすい方向が決まる現象のメカニズム解明を試みた。記憶の刷り込みと書き換えの実験を系統的に行い、数理モデルのシミュレーションを行った。その結果、揺れの記憶は揺れによってペースト内に異方性を持った残留張力が発生することで、流れの記憶は引力によって構成されたコロイド粒子のネットワークが流れの方向に平行に引き伸ばされることで、磁場の記憶は磁性コロイド粒子が磁場下で配向や配列してその向きが磁場の方向に揃うことで形成されることが分かった。逆にペーストに超音波を照射することで記憶を消去し壊れにくくする結果も得られた。, url

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• 基盤研究(C), 2015年04月01日 - 2018年03月31日, 15K05213, ラグランジュ描像でのテンソル的統計量を軸とする塑性流動と乱流の理論の共同展開, 大信田 丈志; 後藤 晋; 松本 剛; 大槻 道夫; 狐崎 創, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 鳥取大学, 3250000, 2500000, 750000, 食品や化粧品のような非結晶物質の固体化と流動化の機構に関する理論的な基礎研究として、コロイド系（多数の微小な粒子が水中に分散した系）における粒子の集団運動の様子を理論的に調べた。乱流理論の手法をコロイド系に応用することにより、内発的な運動と外発的な運動の関係に関して矛盾を起こさず、また粒子の運動の方向性を考慮できる理論的な枠組みを構築した。これにより、粒子がおこなう渦状の運動を理論的に再現することに成功した。, url

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• 基盤研究(C), 2014年04月01日 - 2017年03月31日, 26400395, wet granular の破壊特性を決める内部構造の解明, 狐崎 創; 水口 毅; 大槻 道夫; 西本 明弘; 中原 明生; 大信田 丈志; 松尾 洋介, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4810000, 3700000, 1110000, 固体微粒子と液体の混合物のペーストは水平加振した後に静置して乾燥すると加振方向に垂直な方向に乾燥亀裂が現れる。本研究ではこのような「揺れの記憶」を持つペーストを調べ、板バネを用いた応力測定法を開発し、炭酸カルシウムペーストで乾燥前に応力異方性が発達することを見つけた。さらに、澱粉ペーストや石松子のペーストといったサイズの大きな粉体のペーストで記憶効果を確認し、石松子のミクロな粒子配列にもマクロな異方性と整合する統計的異方性が生じていることをマイクロフォーカスX線CTを用いて確認した。これらは、亀裂形成以前に存在している異方的な構造を初めて確認した成果であり、記憶効果の解明に繋がる結果である。, url

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• 基盤研究(C), 2012年04月01日 - 2015年03月31日, 24540404, 統計力学と流体力学のコラボレーションによる塑性流動と乱流の新理論の展開, 大信田 丈志; 中原 明生; 後藤 晋; 松本 剛; 大槻 道夫; 狐崎 創, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 鳥取大学, 5070000, 3900000, 1170000, 塑性流動の微視的理論に将来的な基礎付けを与えるべく、Lagrange相関すなわちラベル変数の方法を流体乱流から濃密コロイド系の統計理論に持ち込むというアイディアを検証し発展させた。このアイディアが有用である証拠として１次元コロイド系の一列縦隊拡散における時空４点相関を解析的に計算し、さらにラベル変数の方法は２次元系にも拡張可能であることを示した。, url

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• 基盤研究(B), 2010年04月01日 - 2015年03月31日, 22340112, 塑性流体のレオロジーを用いた破壊の制御, 中原 明生; 狐崎 創; 大槻 道夫; 大信田 丈志; 松尾 洋介; 中山 寛士, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 日本大学, 20020000, 15400000, 4620000, 高濃度固液混合材料（ペースト）は揺れや流れなどの力学的な外場を記憶し、その記憶は乾燥時に現れる亀裂の進行方向に影響を与える。ペーストの記憶効果のメカニズムを解明し、破壊の制御への応用を目指したところ、流れの記憶の形成のためには粒子間の相互作用が主に引力である必要があることが分かった。力学的な外場だけでなく、磁性ペーストは磁場を記憶し、磁場の記憶も亀裂の進行方向に影響を与えることも分かった。ペーストに鉛直振動を加えることで揺れを局在化させ、亀裂の発生位置も制御できるようになった。外場を記憶したペーストに超音波を照射して記憶を消去し、材料物性として均質で破壊しにくい状態にすることにも成功した。, url

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• 基盤研究(C), 2011年 - 2013年, 23540452, ペーストと破壊の相互作用, 狐崎 創; 中原 明生; 大信田 丈志; 大槻 道夫; 水口 毅, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 5590000, 4300000, 1290000, 固体微粒子と液体からなる懸濁液の多くは乾燥とともに降伏応力が生じて塑性流体となり、その後に塑性限界付近で亀裂を生じる。亀裂成長への塑性の影響、記憶効果で生じる異方性、乾燥によって破壊が生じる条件、を解明する目的で研究を行った。理論的には、乾燥と破壊を非線形弾性格子上のインベージョンパーコレーションとして統一的に扱う数理モデルを提案し破壊が生じる条件を示した。また実験では圧縮試験を行うとともに、典型的なシェアシックニング流体である澱粉ペーストにも記憶効果があることを見い出した。またそれを利用して、澱粉ペーストに炭酸カルシウムペーストとは定性的に異なる亀裂速度の層厚依存性があることを確かめた。, url

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• 若手研究(B), 2007年 - 2010年, 19740240, 非常に遅い変形過程における粉体のレオロジー, 狐崎 創, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 奈良女子大学, 3760000, 3100000, 660000, 粉体のペーストの乾燥破壊において応力と亀裂成長速度の測定を行い、亀裂成長が動的破壊の特徴を示し乾燥速度依存性があることを見つけた。間隙水圧と塑性変形を考慮した数理モデルの解析により亀裂成長と塑性緩和が競合して乾燥速度依存性が生じている可能性を示した。また澱粉ペーストの柱状節理状亀裂に関する研究をまとめるとともに、乾燥過程と破壊の微視的相互作用を調べるインベージョンパーコレーションモデルを提案した。, url

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• 若手研究(B), 2002年 - 2004年, 14740234, 粉体変形過程の力学, 狐崎 創, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 奈良女子大学, 3100000, 3100000, 粉体の準静的な変形過程で生じる断層と破壊の力学を非線形動力学の視点から研究した。
  昨年度までに乾燥粉体での変形実験、数値計算、微小変形過程での理論解析を行い、断層の初期成長過程で誘電破壊と類似の競合現象が現れること示したが、今年度はその研究を進めると共にこれまでの成果を発表した。論文は研究発表欄にまとめた通りであるが、この他に、国際会議STATPHYS22及びそのサテライトミーティングに参加し研究発表を行った。
  これに加えて、本年度は粉体間に水分が介在することで凝集力が働く場合の破壊現象について実験及び理論的な研究を2つ行った。第1は、大阪府大の水口氏らとともに以前から共同で行っている三次元的な乾燥破壊で現れる柱状節理構造に関する研究である。実験結果を中心に論文が出版される予定であるが、この現象は亀裂自身が水分を蒸発させて収縮をコントロールしながら成長するself-driven crackである可能性が高い。数理モデルを作るために粉体内の水分の時間発展方程式と、亀裂の進展条件を議論し、理論的考察を行った。第2は、準二次元的な乾燥破壊での亀裂の進展速度の実験的研究である。粉体の乾燥破壊では、通常の固体ではあり得ないような非常に遅い速度の亀裂成長が観察されており、粉体に特有な強いエネルギー散逸が亀裂の進展速度にどう反映するかは興味深い課題である。まだ予備的な研究であるが、温度湿度をモニターしながらの速度測定を学生と共に行い、亀裂速度の厚さ依存性などについて精度は不十分ながらも新しい結果を得た。これに関しては、条件の制御が難しいため交付期間終了後も引き続き研究を継続し、より本格的な実験に発展させる予定である。, kaken

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