材料科学に基づく地震現象のモデリング手法の構築

建立基于材料科学的地震现象建模方法

基本信息

批准号：
21K03771
负责人：
石井明男
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

地震現象は時に多くの人命を奪う自然災害であり，防災・減災の観点からその発生メカニズムを明らかにすることは重要である．地震現象はその複雑性から，そのメカニズムは断層等の実地調査から経験的に推察することが主であり，詳細については理論的なモデリングや計算機シミュレーションによる解析が期待される．本研究では材料力学の分野でしばしば用いられるマイクロメカニクス理論を用いて，根本物理に基づいた地震現象のモデリング手法を構築する．それを用いて実地調査では難しい断層の形成過程の解析，さらに地震現象においてよく知られる発生頻度と規模の間の統計法則，グーテンベルク・リヒター則の起源について考える．本年度は昨年度に観測されたシミュレーション中に形成された断層中のひずみ成分のjaggyな変化の原因究明を実施し，これが物理的なものではなく応力場の計算を行っている際に使用している高速フーリエ変換による数値エラーであることを特定した．このエラーを除去する方法について模索した．マイクロメカニクスによる応力場，ひずみ場の計算の際，高速フーリエ変換を用いて微分方程式を直接解くのではなく，エシェルビーテンソルを用いる方法を考案した．この方法を直接地震の計算機シミュレーションに取り込むことにはまだ成功していないが，研究の副産物として考案した方法を材料内の相変態の解析に応用し，ジルコニウム中の水素化合物や形状記憶合金中のB19'相の形状予測に成功した．

地震现象是自然灾害有时会夺走许多生命，从预防灾难和缓解措施的角度阐明其发生的机制很重要。由于其复杂性，地震现象的机制主要是根据故障等野外调查来推断出的，预计将使用理论建模和计算机模拟对细节进行分析。这项研究使用了通常在材料力学领域中使用的微观力学理论来构建基于基本物理学的地震现象的建模方法。使用此过程，我们将分析难以在现场调查上进行的故障的形成过程，并考虑古腾堡 - 毛刺法的起源，这在地震现象中是众所周知的，以及发生频率和规模之间的统计定律。今年，我们研究了在去年观察到的模拟期间形成的故障中应变成分的锯齿状变化的原因，并确定这不是物理，而是由快速傅立叶变换在计算应力场时使用的快速傅立叶变换引起的数值误差。我们寻求一种消除此错误的方法。当使用微力学计算应力和应变场时，我们使用echelby张量设计了一种方法，而不是使用快速的傅立叶变换直接求解微分方程。尽管该方法尚未成功地直接纳入地震的计算机模拟中，但该方法设计为研究的副产品的方法已应用于材料内的相变的分析，并且成功预测了锆石和形状存储合金中B19'相中B19'相的形状。