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メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究発表】複合材料における内部の力の局在化機構を解明 〜新規複合材料の設計に期待〜https://www.tmu.ac.jp/news/topics/31492.html 2022.01.13 【研究発表】複合材料における内部の力の局在化機構を解明 〜新規複合材料の設計に期待〜 報道発表 １.概要 　内部に別の材料を含んだ複合材料は、軽量化や強耐久性という高機能性を持つため、幅広い分野に応用されている産業的に重要な技術です。例えば、近年では車や飛行機の外枠などに用いられています。このような社会的重要性があるにもかかわらず、外力応答の機構についてあまりよくわかっていませんでした。最適な複合材料の設計のためには、この外力応答の機構を解明することは重要な課題です。　東京都立大学大学院理学研究科の田村優斗（大学院生）、谷茉莉助教、栗田玲教授らの研究グループは、複合材料のもっとも単純なモデルの一つを用いたシミュレーションを行い、外力は硬い領域に局在化し、その局在化の割合は、硬い領域の密度変化に大きく依存することを発見しました。つまり、材料のパラメターの密度依存性が重要であることを示しました。　このような密度依存性は、これまであまり考えられてきませんでした。複合材料の設計において、各成分の圧縮率が全体の力学応答を決めることを示しており、今後の複合材料の設計において重要な指針を与えたといえます。 ２.ポイント 複合材料において、内部で力が局在化する機構を解明することは重要な課題でした。 内部の硬い領域に力が局在化することを発見しました。 局在化の割合は、各成分の圧縮率が重要であることを明らかにしました。 今後の複合材料の設計への貢献が期待されます。 ■本研究成果は、1月12日付け（英国時間）でNature Publishing Groupが発行する英文誌Scientific Reportsに発表されました。本研究の一部は、学術振興会科学研究費補助金（基盤B No. 20H01874）の支援を受けて行われました。 ３.研究の背景 　一成分で構築される材料の評価として、ヤング率やポアソン比といったパラメターがよく使われていて、材料設計において非常に重要な役割を果たします。複数の成分で構築される複合材料は、成分の混合比に応じてヤング率やポアソン比が決まるわけではなく、耐久性や耐熱性に優れた材料が作成可能として、近年注目を浴びています。このような複合材料の機能は、内部の構造に依存しており、どのように材料設計するかが重要となってきます。一方で、複合材料のヤング率やポアソン比といったパラメターがどのように決められているのかは未解明であり、重要な問題でした。　今回、複合材料のもっとも単純なモデル系を用いて、シミュレーションを行いました。硬さの異なる２種類の粒子を用意し、図１のように縦一筋に硬い粒子を配置しました。この配置に対して、上から一定の力を加え、力の分布の様子や分布強度を硬さや筋の太さを変えて詳しく調べ、この分布強度を決めている因子を解明することを目指しました。 図 1  (a) 硬さの異なる粒子の配置。　(b) 上から力を加えた時の力の分布。 ４.研究の詳細 　東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻の田村優斗（大学院生）、谷茉莉助教、栗田玲教授の研究グループは、硬さの異なる２種類の粒子を用いたソフトパーティクルモデルのシミュレーションを行いました。図１(a)のように、硬い粒子が縦に貫いた配置を取り、この配置に対して、上から一定の圧力を加えました。この時、図１(b)のように力が分布することから、まず、硬い領域に力が強く伝播することが明らかとなりました。　さらに、この力の分布の様子を定量的に調べるために、内部の構造変化を詳しく調べました。図２は硬さの比Ghを変えた時の内部構造変化と力の分布を示しています。図２(a)はx軸方向の変位、(b)はy軸方向の変位、(c)は底辺での垂直抗力、(d)は硬い領域と柔らかい領域の垂直抗力の比を示しています。図２(a)では、硬い領域では広がる方向に変位しており、(b)では硬さに関係なくほぼ一定であることがわかります。このことから、硬い領域では横方向に広がり、密度が低下していることを意味しています。図２(d)の点線は、密度変化しなかった場合における連続体近似を行なった時の理論線となります。シミュレーション結果と比較すると、理論よりもだいぶ小さな値になっていることがわかりました。ここで、マクロな材料の硬さは成分の硬さだけでなく、密度や構造に依存します。通常の材料のように密に詰まった状態では、少しの密度変化であっても物性値は大きく変化することが知られています。今回においても、密度変化はわずかではあるのですが、その小さな密度変化によって、硬い領域が柔化し、一方で柔らかい領域が固くなっていました。そのため、領域間の硬さの差が小さくなり、力の局在化が抑えられていることがわかりました。 図2 (a)はx軸方向の変位、(b)はy軸方向の変位、(c)は底辺での垂直抗力、(d)は硬い領域と柔らかい領域の垂直抗力の比。点線は連続体近似を行なった時の理論線。 　成分間の圧縮率の差が密度変化を誘起し、内部のパラメターが大きく変化していることがわかりました。このことから、複合材料の設計において、単純に各成分の物性パラメターを見るだけでなく、内部での密度変化や密度変化による物性値の変化が重要であることが明らかとなりました。 ５.研究の意義と波及効果 　今回の研究では、硬さの異なる領域が内部に分布しているときに力の分布が密度変化に強く依存していることが明らかとなりました。このような密度依存性は、これまであまり考えられてきませんでした。複合材料の設計において、各成分の圧縮率が全体の力学応答を決めることを示しており、今後の複合材料の設計において重要な指針を与えたといえます。 今回は非常に簡単なモデルで行いましたが、より複雑な内部構造や摩擦を入れるなど発展が可能です。現実に近い状態でのシミュレーションも行うことで、材料学・物理学へのさらなる貢献が期待されます。 【論文情報】 【発表論文】“Origin of nonlinear force distributions in a composite system ”Yuto Tamura, Marie Tani & Rei KuritaScientific Reports 12, 632（2022）DOI: 10.1038/s41598-021-04693-8 【問合せ先】 （研究に関すること）東京都立大学大学院 理学研究科 物理学専攻 教授 栗田玲TEL：042-677-2505　E-mail: k&＃x75;&＃114;&＃105;&＃116;&＃97;&＃64;&＃x74;&＃x6d;u&＃x2e;&＃97;&＃x63;&＃46;&＃106;p（大学に関すること）東京都公立大学法人東京都立大学管理部企画広報課広報係TEL：042-677-1806　E-mail: &＃105;&＃x6e;f&＃x6f;&＃64;&＃x6a;&＃x6d;&＃106;&＃x2e;tm&＃x75;.&＃x61;&＃99;&＃x2e;j&＃x70; 理学研究科 物理学専攻 栗田玲 教授 報道発表資料(1.5MB)元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel