圧縮・せん断下の粉粒体に対する応力鎖の配向秩序解析の有効性の実験的検証

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は、せん断実験系を作成するとともに、鉛直振動下における粉粒体中の応力鎖（粒子間を応力が伝播することで形成される鎖状の応力構造）の変化に対する追加解析を行った。せん断実験系は、これまでの実験系と同様の光学系で使用できるように光弾性円盤に対して重力が作用する直立系で設計・開発した。また、我々がこれまでに提案してきた応力鎖の配向秩序と、粉粒体を定量的に評価するそのほかの巨視的物理量との関係について調べた。具体的には、粉粒体に鉛直振動を加えた場合における粉粒体中の粒子と空隙との比率を示す充填率、粉粒体の粒子間に加わる力の総和、そして粉粒体粒子の配置構造の異方性の変化について解析し、応力鎖の配向秩序の変化との関係について調べた。さらに、鉛直振動下の粉粒体は振動条件によって粒子の対流運動が生じるため、粒子追跡法により粒子の運動についても調べた。その結果、充填率が増加するにつれて、応力鎖の全長については変化しないままで粒子間に加わる力が増加し、粒子配置の異方性および応力鎖の配向秩序は等方かつランダムな状態へと遷移することが分かった。加えて、これらの物理量の相関を調べることにより、応力鎖の配向秩序と粉粒体中における粒子配置の等方性との間には正の相関がある一方で、応力鎖の配向秩序と粒子間に加わる力との間には負の相関が成り立つことが明らかになった。そして、これらの関係は、鉛直加振時に生じる粉粒体の対流運動の有無にかかわらず普遍的に保持されることも同時に明らかになった。