( 様式 4) 二国間交流事業共同研究報告書 平成 29 年 4 月 27 日 独立行政法人日本学術振興会理事長殿 共同研究代表者所属 部局 日本大学 理工学部 ( ふりがな ) なかはらあきお職 氏名教授 中原明生 1. 事 業 名相手国 ( ハンガリー ) との共同研究 振興会対応機関 ( HA

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1 ( 様式 4) 二国間交流事業共同研究報告書 平成 29 4 月 27 日 独立行政法人日本学術振興会理事長殿 共同研究代表者所属 部局 日本大学 理工学部 ( ふりがな ) なかはらあきお職 氏名教授 中原明生 1. 事 業 名相手国 ( ハンガリー ) との共同研究 振興会対応機関 ( HAS ) 2. 研究課題名 外場による塑性変形の関与する破壊のメカニズムとその制御 3. 全採用期間 平成 27 4 月 1 日 ~ 平成 29 3 月 31 日 ( 2 0 ヶ月 ) 4. 経 費 総 額 本事業により執行した研究経費総額 研究交流経費 ( 直接経費 ):4,250,000 円 間接経費 : 0 円 初経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,250,000 円 間接経費 : 0 円 2 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,000,000 円 間接経費 : 0 円 3 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ): 円 間接経費 : 円 5. 研究組織 (1) 日本側参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏名 所属 職名 伊藤伸泰 東京大学工学研究科 准教授 湯川諭 大阪大学理学研究科 准教授 狐崎創 奈良女子大学自然科学系 准教授 波多野恭弘 東京大学地震研究所 准教授 大信田丈志 鳥取大学工学研究科 助教 吉岡直樹 東京大学工学研究科 研究員 ( ) 理化学研究所 研究員 ( ) 松尾洋介 日本大学理工学部 研究員 濱田藍 電力中央研究所 研究員 ( ) 中山寛士 宮崎日大高校 専任講師 石川諒馬 日本大学大学院理工学研究科 修士課程 2 ( ) 笹川将 日本大学大学院理工学研究科 修士課程 1 ( ) - 1 -

2 (2) 相手国側研究代表者 所属 職名 氏名 University of Debrecen Professor Kun Ferenc (3) 相手国参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏 名 所属 職名 Zoltán Halász Gergő Pál Zsuzsa Danku Institute for Nuclear Research (Atomki) of the Hungarian Academy of Sciences Researcher University of Debrecen PhD student University of Debrecen PhD student *(1) (3) 共に代表者は除きます - 2 -

3 6. 研究実績概要 ( 全期間を通じた研究の的 研究計画の実施状況 成果等の概要を簡潔に記載してくださ い ) 我々の日常生活に損害や被害を与える破壊現象の制御は人類の夢であるが 技術的には依然難問題である 破壊はいったん始まってしまうともう手がつけられないという印象が強かったが 近日本側代表者の研究によって塑性変形が関与する破壊については塑性由来の メモリー効果 を利用すると亀裂の進行方向や発生位置までも制御できることが分かってきた ここで メモリー効果 とは 粉と水を混ぜた高濃固液混合材料 ( ペースト ) に対して振動や流れ場などの外力を乾燥破壊以前に加えておくと この外力によって生じる異方的な塑性変形がペースト内に記憶され その後ペーストを乾燥破壊させた時に発生する亀裂の伝播方向に影響を与える という現象である そのため 本共同研究事業では 日本の破壊と塑性変形の研究者 ( 実験と理論 ) とハンガリーの破壊の理論の研究者の共同研究を立ち上げて 塑性変形の関与する破壊現象のメカニズムの解明を指すとともに メモリー効果を利用した破壊の制御の応用を開拓した 具体的な研究手法としては 日本側代表者の中原のいる日本大学で実験をおこない 振動や流れ場だけではなくペーストに磁場も印加し それらの外場の方向を記憶したペーストに対し乾燥破壊を行って ペーストが振動や流れや磁場などの外場を記憶する条件を系統的に調べた 磁場の記憶の実験に際しては γ 型 III 価酸化鉄の粉末と水を混ぜて作成した磁性ペーストに直流磁場を短時間加えたところ ペーストが磁場の方向を記憶し その後乾燥させた時に伝播する亀裂の方向が磁場の方向に平行になることが確認された ここで注意すべき点は 磁性ペーストの記憶とは 単なる磁性体の磁化などのような電磁気学的な記憶だけではなく 破壊強の異方性に関与する材料力学的な記憶でもあるということである X 線 CT スキャンによる非破壊観察を行ったところ 印加した磁場下で磁性をもつコロイド粒子が磁場の方向に平行に鎖状に配列していることが観察された この鎖状の配列構造が塑性により保持され 乾燥破壊時に亀裂が伝播しやすい方向を決定していることが確認された この磁性ペーストの磁場のメモリー効果を理論的に説明するために ハンガリー側代表者の Ferenc Kun 教授の理論グループが磁性コロイド粒子の集団の磁場下での秩序形成の数値シミュレーションを行ったところ 実験で観察されているように 印加した磁場下で磁性をもつコロイド粒子が磁場の方向に平行に鎖状に配列していく過程が観察された さらに磁場の印加を止め ペーストを乾燥させるシミュレーションを行ったところ 磁場の方向に鎖状に配列した磁性コロイドクラスター同士の隙間に亀裂が発生し それらの亀裂が作るパターンが印加した磁場の方向に平行な構造になっていることが確認された 以上 実験とシミュレーション結果の比較検討から 磁性ペーストの磁場のメモリー効果を解明するに至った 中原のいる日本大学での実験により 振動や流れや磁場などの外場を記憶したペーストにすぐに超音波を照射すると記憶を消去できるという実験結果も得られた ペーストの記憶は割れやすい方向を作り出す作用があるため その記憶の消去は特定の方向に割れやすいという性質を抑えるので 壊れにくい材料を作り出す効果が期待される 現在ハンガリー側代表者の Ferenc Kun 教授の理論グループでは超音波照射による記憶の消去のシミュレーションの数理モデルを提案しており 実際のシミュレーションと結果の解析を進めているところである 超音波照射で記憶を消して固液混合材料を一様で均一で壊れにくい素材にできるということは 工学的な応用を考えると破壊の制御にとってとても重要な成果となる 実際に建築資材であるモルタルに振動を加えてから超音波を照射すると破壊強が増加する結果が万能試験機による3 点曲げ法により確認できた 今後 ペーストの記憶の刷り込み 書き換え 消去のメカニズムを解明することにより 日常生活に身近に現れる塑性の関与した破壊現象の制御に幅広く役立てることができると考えられる - 3 -

4 7. 派遣 受入実績 (1) 各研究期間中に相手国または相手国以外の国を訪問した日本側参加者氏名 派遣期間 主たる訪問 1 先 ( 相手国以外の国における訪問先には下線を引き 国名を明記してください 委託費から支出し た出張のみ記載してください ただし 日本国内出張は除きます ) 氏名 所属 職名 中原明生 日本大学理工学部 教授伊藤伸泰 東京大学工学部 准教授湯川諭 大阪大学理学部 准教授吉岡直樹 理化学研究所 研究員松尾洋介 日本大学理工学部 研究員石川諒馬 日本大学理工学研究科 修士課程 2 小計 6 名 ( 延べ人数 ) 期間 ( 現地到着日 ~ 現地出発日 ) 主たる訪問先 ( 機関名 国名 ) 2 中原明生 日本大学理工学 部 教授 狐崎創 奈良女子大学理学 部 准教授 湯川諭 大阪大学理学部 准教授 吉岡直樹 理化学研究所 研究員 笹川将 日本大学理工学研 究科 修士課程 2 小計 5 名 ( 延べ人数 ) 3 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 11 名 ( 延べ人数 ) - 4 -

5 (2) 各研究期間中に受け入れた相手国参加者氏名 来日期間 主たる訪問先 ( 振興会から滞在費等の支給 1 を受けた研究者に * 印をつけてください ) 期間氏名 所属 職名 ( 来日日 ~ 離日日 ) * Ferenc Kun University of Debrecen Professor * Zoltán Halász Atomki Researcher * Gergő Pál University of Debrecen PhD student 主たる訪問先 ( 機関名 ) 小計 3 名 ( 延べ人数 ) 2 * Ferenc Kun University of Debrecen Professor * Zoltán Halász Atomki Researcher * Zsuzsa Danku University of Debrecen PhD student 小計 3 名 ( 延べ人数 ) 3 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 6 名 ( 延べ人数 ) - 5 -

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