Study of surface deformation of granular material due to flow and vibration toward the development of mesoscopic physics

研究颗粒材料因流动和振动而产生的表面变形，以促进介观物理的发展

• 批准号: 22540384
• 负责人: SANO Osamu
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22540384/
• 关键词: 粒状体; 密度波; 固液相転移; 界面変形; 空洞崩壊; 浸食; 渦輪衝突; メソスコピック; 流動化

Granular materials can be regarded as continua, if macroscopic properties are concerned. On the other hand, discrete properties are essential near the boundary of the materials. The purpose of the present research is to establish a new physics that bridges the gap between the macroscopic and microscopic pictures. By the experiments using a vertically vibrated dry granular material, we have elucidated that the collective motions similar to the ones observed in elastic material or fluid can be generated if the number of layer (microscopic view) exceeds 3, but that their behaviors are characterized by the layer depth (macroscopic view). Moreover, the solid-like and fluid-like domains are found to co-exist and change to each other spatiotemporally to form wave motions. In the granular material exposed to viscous flows, we have shown that quite a small inhomogeneity of particle distribution can generate macroscopic landslides via rearrangement of particles and the flow concentration.

如果考虑宏观性质，颗粒材料可以看作是连续的。另一方面，材料边界附近的离散性质是必不可少的。本研究的目的是建立一种新的物理学，在宏观和微观图像之间架起桥梁。通过垂直振动干燥颗粒材料的实验，我们阐明了当层数（微观视图）超过3层时，可以产生类似于弹性材料或流体中观察到的集体运动，但其行为特征与层深（宏观视图）有关。此外，发现类固体和类流体区域共存，并在时空上相互变化，形成波动。在暴露于粘性流动的粒状材料中，我们已经证明了颗粒分布的相当小的不均匀性可以通过颗粒的重排和流动浓度产生宏观滑坡。

项目成果

鉛直に加振した粒状体を伝わる密度波と表面変形

通过垂直激发颗粒物体传播的密度波和表面变形

• 发表时间: 2012
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録
• 作者: Y.Kawasugi;H.M.Yamamoto;N.Tajima;T.Fukunaga;K.Tsukagoshi;R.Kato;佐野理
• 通讯作者: 佐野理

砂漣形成の初期条件依存性

沙纹形成对初始条件的依赖性

• 作者: Y.Tanaka;Y.Mizuno;T.Yokoyama;K.Yada;M.Sato;石井一輝（ 佐野 理）
• 通讯作者: 石井一輝（ 佐野 理）

Pattern formation due to a vortex ring colliding to a granular layer and its dependence on the granular properties

由于涡环碰撞颗粒层而形成的图案及其对颗粒特性的依赖性

• 发表时间: 2013
• 作者: Junya Yoshida;Osamu Sano
• 通讯作者: Osamu Sano

渦輪の衝突による粒状体表面のパターン形成

由于涡环碰撞而在颗粒表面形成图案

• 发表时间: 2011
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録
• 作者: Atsushi Yamamoto;Ferenc Kun;and Satoshi Yukawa;T. Nishino;M.Sato;吉田隼也,佐野理
• 通讯作者: 吉田隼也,佐野理

粘性流による粒状体中の半球形空洞の崩壊過程

粘性流导致颗粒内半球形空腔塌陷过程

• 发表时间: 2013
• 作者: 佐野治翔;佐野 理
• 通讯作者: 佐野 理