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

流体断裂力学——断裂时间演化模型的构建及流动历史依赖性研究

• 批准号: 19H00713
• 负责人: 市原 美恵
• 金额: $ 29.45万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00713/
• 关键词: 粘弾性流体; マグマ; 破壊; レオロジー; 火山; 降伏応力; 懸濁流

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。

Blasting 発 な volcanic eruptive で は, liquid, 気 bubble, crystallization か ら な る マ グ マ な ど の complex 雑 fluid が な rapidly - shaped を by け て broken 砕 し, ash な ど が form さ れ る. を こ の phenomenon, fluid flow の と 壊 process と position づ け, そ の physical を interpret す る こ と を purpose と し て い る. マ グ マ や volcanic mud を simulation す る sticky fluid 弾 sex お よ び subjugate 応 force を hold つ ジ ェ ル shape fluid の で 気 bubble が nasty swelling す る interstate の flow と broken 壊 に つ い て paper に ま と め, 発 table し た. ま た, こ れ ら の fluid surface で す が 気 bubble burst る interstate の sonic に つ い て be 験 を into め た. Sticky fluid 弾 sex の column has drifted back towards &yen; mobile に flow with う と broken 壊 を adjustable べ る be 験 に お い て は, former annual ま で に Ming ら か に な っ た "遅 delay break 壊" と い う flow と broken 壊 の migration state に つ い て detailed に adjustable べ た. Column has drifted back towards &yen; hang に か の る force measuring results か ら, 遅 delay 壊 の before に は 応 force field が ほ ぼ must state の で - が into む, す な わ ち, sticky な - shaped が into む こ と, broken 壊 started に 応 force が acute low shock に し, the brittleness of な る dance い を す る こ と が points か っ た. ま た, fluid の surface が big き く - shaped す る こ と で behind column has drifted back towards &yen; の に the さ い が 気 bubble formation さ れ, こ れ が nuclear と な っ て き crack が began す る こ と を tu き check め た. Numerical calculation: グ プ プ プ プ, プ スウェ スウェ, <s:1> bubble expansion in viscoelastic fluid を reproduction する calculation を test みた. そ の results, be 験 で and え ら れ て い る conditions で き crack を began す る に は, swelling す る の 気 bubble wall near く に don't の small 気 bubble の exist が necessary で あ る こ と を blame し た. Youdaoplaceholder2 れ れ, the above is the integrated である of the experimental results of the previous <s:1> and the research results of the previous <s:1>. Fluid flow の か ら broken 壊 へ to basic プ る ロ セ ス と し て, tiny 気 の existence が essence な "を cut fruit た し て い る こ と が common に into り made つ こ と が Ming ら か に な っ た. This プ ロ ジ ェ ク ト の times の ス テ ッ プ と し て を, solid particles containing む suspension turbidity current へ と 発 exhibition さ せ る た め, ソ フ ト マ タ ー physics eset で の suspension turbidity current レ オ ロ ジ ー の understand と, volcanology, eset で into め ら れ て い る crystallization を containing む マ グ マ の レ オ ロ ジ ー の exam え party の masato is を finishing し た.

项目成果

ひも状ミセル水溶液の円柱周り流れにおける破壊挙動

线状胶束水溶液绕圆柱体流动时的断裂行为

• 发表时间: 2021
• 作者: 首藤 航;亀田 正治;桑野 修;市原 美恵;Sanchez;C.
• 通讯作者: C.

Experimental evidence of viscous-inertial transition in dense granular suspensions

致密颗粒悬浮液中粘性-惯性转变的实验证据

• 发表时间: 2021
• 作者: Tapia;F.;M. Ichihara;O. Pouliquen;and E. Guazzelli
• 通讯作者: and E. Guazzelli

粘弾性体伸長変形におけるき裂の発生，進展過程のフェーズフィールドシミュレーション

粘弹性材料伸长变形过程中裂纹萌生和扩展过程的相场模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: 龍見 香穂;石本 隆;山中 晃徳;市原 美恵;亀田 正治
• 通讯作者: 亀田 正治

Flow-to-fracture transition of linear Maxwell-type fluid by air injection

注空气线性麦克斯韦型流体的流动-裂缝转变

• 发表时间: 2021
• 作者: Sanchez;C.;O. Kuwano;and M. Ichihara
• 通讯作者: and M. Ichihara

Fluid Fracture Workshop

流体断裂工作坊

• 发表时间: 2021