Bio-inspired quasi-periodic materials: their functionalization and physical property control

仿生准周期材料：其功能化和物理性能控制

• 批准号: 19K03766
• 负责人: 島 弘幸
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K03766/
• 关键词: パターン形成; ネットメロン; 樹皮; 亀裂パターン; 膨張破断; 収縮破断; ネットワーク; 植物力学; タケ; フキ; ひび割れ; 柱状節理; 天然周期構造; 自己組織化; 機能構造; 力学的最適化; イネ; ナノカーボン; 中空パイプ; 座屈; バンドギャップ; 生物模倣科学; 物性推算; 構造安定論; 空間周期パターン

本年度の研究では、樹木の樹皮に多くみられる縞模様の亀裂パターンの解析を行った。イチョウやマツなどの樹木の幹の表面には、幹の周方向に沿った周期的な樹皮のひび割れ模様や剥離が観察される.このような樹皮の形態は樹種の同定にも役立っており、たとえば葉を落とした冬季の落葉樹でも、樹皮を見て樹木の種類を推測することができる.　樹皮が剥離する要因は、樹幹内部の膨張力や、樹皮外側の周皮が外部から乾燥収縮を受けることだと考えられている。その一方で，周期的なひび割れ模様が出来る力学的な仕組みを,定量的に考察した例は少ない。本研究では、このひび割れ模様の周期性の力学的起源を明らかにすることを目的として、樹皮の型取り実験と各種の数値分析(楕円フーリエ解析・主成分分析など)を行った.具体的には、大学構内にあるイチョウとクロマツを数本選定し、シリコン樹脂とウレタン樹脂を用いて、樹木の水平断面の模型を作成した。この模型の輪郭線を画像解析することで、周方向に沿った詳細な樹皮凹凸データを得た。さらに樹皮のひび割れを「積層構造の引張破断現象」とみなし、Shear-lag 理論を適用することで、現実に観測されるひび割れの周期長を理論的に再現できた。さらに本年度は、ネットメロン表皮で生じる網目パターンの解析も行った。一般にメロンの網目は、個体の生長段階で生じる表皮のひび割れに起因する。しかしその機序解明は十分ではなく、局所的な化学反応過程と大域的な模様形成の両者において、未だ議論の余地が残されている。そこで今後の研究では、ネットメロン果皮の画像解析および果皮供試体の力学試験から、果皮全体を覆う大域的パターンの形成過程を推察した。その結果、複数種のメロンについて、網目を構成する多角形状セルの面積が、普遍的な確率分布に従うことが判明した。

This year's research on tree growth and tree growth has been carried out. The surface of the trunk of the tree is opposite to the trunk, and the circumferential direction of the trunk is along the cycle of the trunk. In winter, the deciduous trees are falling, and in winter, the leaves are falling. In winter, the leaves are falling. The main reason for the peeling of the bark is the expansion and tension of the trunk, and the drying and contraction of the outer bark of the bark. The periodic model is derived from the mechanical model, and the quantitative model is investigated. In this study, the origin of periodic mechanics of the model is discussed. Specifically, several samples were selected for the university structure, Sirikonen resin and Kailadan resin were used, and models of horizontal sections of trees were created. This model's wheel line portrait analysis, along the circumferential direction of the detailed design of the bump. The Shear-lag Theory is applicable to the analysis of the tensile fracture phenomena of laminated structures. This year, the company has launched a series of research and development projects. Generally speaking, the mesh and individual growth stage are caused by the skin and cutting. The process of chemical reaction and the formation of large-scale models are discussed in detail. In the future, we will analyze the characteristics of pericarp and investigate the formation process of pericarp in large area by mechanical test. As a result, a plurality of types of mesh structures, polygonal shapes, area, and general accuracy distributions are identified.

项目成果

Empirical Rule of Fruit Rind Fragmentation in Muskmelon Netting

• DOI: 10.7566/jpsj.91.104801
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Y. Akiba;Akari Ishibashi;Motohiro Sato;H. Shima

Describing the dislocation pattern formation in metals at submicron scales: A rate equation approach

描述亚微米尺度金属中位错模式的形成：速率方程方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroyuki Shima;Akihiro Tobise;Takashi Sumigawa
• 通讯作者: Takashi Sumigawa

直立型植物の座屈耐性を司る「0.3法則」

控制直立植物抗屈曲性的“0.3规则”

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuri Akiba;Aika Takashima;Hiroyuki Shima;秋葉祐里，島弘幸;島 弘幸
• 通讯作者: 島 弘幸

植物物理学 ―その多様性と普遍性―

植物物理学 - 其多样性和普遍性 -

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuri Akiba;Aika Takashima;Hiroyuki Shima;秋葉祐里，島弘幸;島 弘幸;島 弘幸;島 弘幸
• 通讯作者: 島 弘幸

冷却収縮が駆動する火成岩の亀裂ネットワーク

火成岩中冷却收缩驱动的裂纹网络

• 发表时间: 2019
• 作者: 秋葉祐里;島弘幸
• 通讯作者: 島弘幸