動的破壊における非線形挙動の実験的解明

动态断裂非线性行为的实验阐明

• 批准号: 07832002
• 负责人: 佐野 雅己
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07832002/
• 关键词: 破壊; 非線形動力学; ホップ分岐; 準静的破壊

通常、破壊は不安定で亀裂の進行は予測不可能な現象と思われている。本研究では、サンプルに熱歪を加え、二つの熱浴のギャップ間を移動させることにより亀裂の進展速度と不安定性を制御可能な実検系を開発した。この系は、亀裂の進行速度が音速に比べて極めて遅い準静的破壊に分類される。この実験により、亀裂進展なし、直線亀裂、振動亀裂、カオス的不規則亀裂、分岐亀裂などの異なったパターンが、パラメータを変えることにより転移現象として観測されることを初めて示した。振動の開始は、非線形力学系のHopf分岐として理解されることを明らかにした。また、振動の波長が何によって決まるかを明らかにした。高速破壊に関しては、バネモデルを用いて、衝撃破壊の数値シミュレーションを行ない、破片サイズのべき乗分布則を再現した。また、有限サイズスケーリングの理論を展開し、物体の次元をd、衝撃波の進行波面の次元をDとすると、べき乗指数β=2-(D/d)という一般的関係が成立することを示した。

通常，断裂是不稳定的，裂纹进展被认为是不可预测的现象。在这项研究中，我们开发了一种实用的测试系统，可以通过对样品施加热应变并将其移动到两个热浴的间隙之间来控制裂纹扩展速率和不稳定性。该系统被归类为准静态断裂，其中裂纹扩展速度与声速相比极其缓慢。该实验首次表明，通过改变参数，可以观察到无裂纹扩展、直裂纹、振动裂纹、混沌不规则裂纹、分支裂纹等不同模式的过渡现象。研究表明，振荡的开始可以理解为非线性动力系统的 Hopf 分岔。他们还揭示了决定振动波长的因素。对于高速断裂，我们使用弹簧模型对冲击断裂进行了数值模拟，再现了碎片尺寸的幂律分布规律。此外，他发展了有限尺寸缩放理论，并表明如果物体的尺寸为d，冲击波行波波前的尺寸为D，则幂律指数β = 2-( D/d) 成立。

项目成果

T.Takeshita: "Thermal Turbulence in Mercury" Phys.Rev.Lett.76. 1465-1468 (1996)

T.Takeshita：“水星中的热湍流”Phys.Rev.Lett.76。

T.Kawagishi: "Points,Walls,and Loops in Resonant Oscillatory Media" Phys.Rev.Lett.75. 3768-3771 (1995)

T.Kawagishi：“共振介质中的点、壁和环”Phys.Rev.Lett.75。

H.Honjo: "Entropy Spectrum of Self-Similar Patterns" Prog.Theor.Phys.94. 737-744 (1995)

H.Honjo：“自相似模式的熵谱”Prog.Theor.Phys.94。

佐野雅己: "破壊の非線形ダイナミクスから統計物理へ" 応用物理. 64. 793-797 (1995)

佐野正美：“从断裂的非线性动力学到统计物理学”应用物理学 64. 793-797 (1995)。