流体の破壊力学―破壊の時間発展モデル構築と流動履歴依存性の検討

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爆発的な火山噴火では、液体・気泡・結晶からなるマグマなどの複雑流体が急速な変形を受けて破砕し、火山灰などが形成される。この現象を、流体の流動と破壊過程と位置づけ、その物理を解明することを目的としている。マグマや火山泥を模擬する粘弾性流体および降伏応力を持つジェル状流体の中で気泡が急膨張する際の流動と破壊について論文にまとめ、発表した。また、これらの流体表面で気泡が破裂する際の音波について実験を進めた。粘弾性流体の円柱移動に伴う流動と破壊を調べる実験においては、前年度までに明らかになった「遅延破壊」という流動と破壊の遷移状態について詳細に調べた。円柱に掛かる力の計測結果から、遅延破壊の前には応力場がほぼ一定の状態で変形が進む、すなわち、粘性的な変形が進むこと、破壊開始時に応力が急激に低下し、脆性的な振る舞いをすることが分かった．また、流体の表面が大きく変形することで円柱の背後に小さい気泡が形成され、これが核となってき裂が開始することを突き止めた。数値計算グループは、マクスウェル粘弾性流体中の気泡膨張の実験を再現する計算を試みた。その結果、実験で与えられている条件でき裂を開始するには、膨張する気泡の壁近くに別の小気泡の存在が必要であることを指摘した。これは、上記の円柱実験の結果や過去の研究結果とも整合的である。流体の流動から破壊へ至る基本プロセスとして、微小気泡の存在が本質的な役割を果たしていることが普遍的に成り立つことが明らかになった。本プロジェクトの次のステップとして、固体粒子を含む懸濁流へと発展させるため、ソフトマター物理学分野での懸濁流レオロジーの理解と、火山学分野で進められている結晶を含むマグマのレオロジーの考え方の関係を整理した。