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(1)

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(6)

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࡜ࡋ㸪4 ḟඖኚศἲ(Four Dimensional Data Assimilation; 4DVAR)ࢆᑟධࡋࡓࢹ
࣮ࢱྠ໬ࢩࢫࢸ࣒(RAMS/CFORS-4DVAR; RC4)࡛࠶ࡿ㸬RC4 ࡢࢹ࣮ࢱྠ໬ィ⟬
࡟ࡣ㸪NIES ࣛ࢖ࢲ࣮ほࡢ೫ගゎᾘᗘࢆࡶ࡜࡟࢚࢔ࣟࢰࣝᾘᩓಀᩘࢆ㠀⌫ᙧ⢏Ꮚᡂศ(ࢲࢫࢺ)࡟ศ㞳ࡋࡓᡂศࢆ⏝࠸ࡓ(Shimizu et al., 2004)㸬ࢹ࣮ࢱྠ໬࡟฼⏝ࡋࡓࣛ࢖ࢲ࣮ほᆅⅬࡣᅗ 1 ࡢ 11 ᆅⅬ࡛࠶ࡾ㸪ࢩ࣑࣮ࣗࣞࢩࣙࣥᮇ㛫ࡣ 2010 ᖺ

11 ᭶ 5 ᪥㹼11 ᭶ 20 ᪥࡜ࡋࡓ㸬ࣔࢹࣝࡢィ⟬㡿ᇦࡣᅗ 1 ࡟♧ࡋࡓ㡿ᇦ(ィ⟬୰ᚰࢆ
37.5qN, 115qE)࡛࠶ࡾỈᖹゎീᗘࢆ 40km(180u100 ᱁ᏊⅬ )㸪 㖄┤ゎീᗘࡣ
140-650m ࡛ 23km ࡲ࡛ࢆ 40 ᒙ࡛ศ๭ࡋࡓ㸬RAMS ࡢẼ㇟ሙィ⟬ࡢึᮇ࣭ቃ⏺
᮲௳࡟ࡣ NCEP/NCAR ࡢゎീᗘ 2.5qu2.5qࡢ඲⌫෌ゎᯒࢹ࣮ࢱ(6 ᫬㛫ẖ)ࢆ⏝࠸ࡓ㸬

Fig.1 Model domain and distribution ofemission intensity (tone level). Dots
represent NIES lidar network locations.
The NIES lidar sites are: 1, Beijing; 2,Seoul; 3, Hedo; 4, Fukue; 5, Nagasaki; 6,

ࣔࢹࣝࡢヲ⣽ࡣ Yumimoto et al., (2008)ࢆཧ↷ࡢ஦㸬
NDVI, ᅵተỈศࢹ࣮ࢱⓎ⏕※ᇦࡢᆅ⾲㠃≧ែࢆㄪᰝࡍࡿࡓࡵ㸪2000㹼2010 ᖺ࡟࠾ࡅࡿ MODIS Terra ࡟ࡼࡿ Level3 NDVI ࢹ࣮ࢱࢭࢵࢺ
(MOD13C2.005)ࢆ౑⏝ࡋࡓ㸬ゎീᗘࡣ 0.05 ᗘ࡛࠶ࡿ㸬ࡲࡓ㸪ᅵተỈศࢹ࣮ࢱ࡜ࡋ࡚ 2002㹼2010 ᖺ࡟࠾ࡅࡿ Aqua ᦚ㍕
AMSR-E (The Advanced Microwave Radiometer – Earth Observing System)ࡢ Level 3

Daily Soil Moisture ࢹ࣮ࢱࢭࢵࢺࢆ౑⏝ࡋࡓ㸬⤖ᯝ࡜⪃ᐹ
2010 ᖺ 11 ᭶ 10 ᪥࡟ 500hPa ࡟࠾ࡅࡿẼ

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ࢆ໭す࠿ࡽ༡ᮾ࡟ྥࡅ࡚㏻㐣ࡋࡓ㸬SYNOP ࡟ࡼࢀࡤ୰ᅜࡢෆࣔࣥࢦࣝࡢす㒊࡟఩⨨ࡍࡿ Bayan Mod ࡟࠾࠸࡚᭱኱㢼㏿
17m/s ࢆグ㘓ࡋ࡚࠸ࡿ㸬ࢲࢫࢺࣉ࣮࣒ࣝࡣ 11 ᪥࡟୰ᅜ࣭㡑ᅜࢆ㏻㐣ࡋ㸪12 ᪥(Jday316)࡟᪥ᮏิᓥࢆ໭ୖࡍࡿ㍺㏦⤒㊰
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30%ῶᑡࡋࡓ㸬−−Fig. 2 (Upper) RC4 dust AOT (color and thick black contour), surface wind speed and SYNOP dust code ($). (Bottom)
AOD difference between assimilated results and first guess.

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2010 ᖺ 11 ᭶ࡢⓎ⏕※ᇦ࡟࠾ࡅࡿᆅୖ㢼㏿㸪ᅵተỈศ㸪᳜⏕ࡢᖹᖺ࠿ࡽࡢ೫ᕪࢆ᫂ࡽ࠿࡟
ࡍࡿࡓࡵ㸪NCEP ᆅୖ㢼㏿㸪 AMSR-E ᅵተỈศࢹ࣮ࢱ㸪MODIS ࡟ࡼࡿ NDVI ࢹ࣮ࢱࢆ⏝࠸࡚࢔ࣀ࣐࣮ࣜゎᯒࢆ⾜ࡗࡓ(ᅗ 4)㸬2000 -2010 ᖺ 11 ᭶࡟࠾ࡅࡿ NCEP ࢹ࣮ࢱ࠿ࡽస
ᡂࡋࡓ 500hPa Ẽ㇟ሙࡢ࢔ࣀ࣐࣮ࣜ࠿ࡽ㸪2010 ᖺࡣࣂ࢖࢝ࣝ†ࡢ໭す࡟పẼᅽᛶᚠ⎔ࡀぢࡽࢀ㸪≉࡟ᐮẼࡢ༡ୗࡀ㉳ࡇࡾࡸࡍ࠸⥲ほẼ㇟ሙ࡛࠶ࡗࡓࡇ࡜ࡀ᫂ࡽ࠿࡜࡞ࡗࡓ㸬ࡇࡢࡓࡵ㸪ࣔࣥࢦࣝࡢす㒊࠿ࡽࢦࣅ◁₍㸪㯤ᅵ㧗ཎ࡟࠿ࡅ≉࡟ᙉ㢼Ⓨ⏕㢖ᗘࡀ㧗࠿ࡗࡓ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬ḟ࡟㸪⛅Ꮨ࡟࠾࠸࡚ᆅ⾲㠃ࡢࢲࢫࢺࡢ⯙࠸ୖࡀࡾ᫆ࡉ(⮫⏺ᦶ᧿㏿ᗘ)ࢆኚືࡉࡏࡿ
Fig.3 (a)The averaged emission せᅉ࡜ࡋ࡚ኟᏘ(JJA)ࡢ᳜⏕ࡀ⪃࠼ࡽࢀࡿࡓࡵ㸪JJA ᮇࡢᅵተỈศ࡜ NDVI ࡢ᭱኱್ࡢ࢔
factor , Daily dust emission forࣀ࣐࣮ࣜࢆᅗ 4(b)(c)࡟♧ࡍ㸬ࡇࢀࡽࡢᅗ࠿ࡽ㸪2010 ᖺࡢኟᏘ࡟࠾࠸࡚≉࡟ࢺࣥࢢࣜ◁₍࡜(b) Gobi region and (c) Loess
Plateau region, (d) Regional 㯤ᅵ㧗ཎ࡛ᅵተỈศࡢ㈇ࡢ೫ᕪࡀぢࡽࢀࡿ㸬NDVI ࡟ࡘ࠸࡚ࡣࢺࣥࢢࣜ◁₍࡛㈇ࡢ೫ᕪ㸪averaged modeled wind field at
10m and u‫כ‬, and u‫כ‬,th for Gobi 㯤ᅵ㧗ཎ࡛ࡣṇࡢ೫ᕪࡀࡳࡽࢀࡿ㸬௨ୖࡢࡇ࡜࠿ࡽ㸪᳜⏕ࡀ౛ᖺࡼࡾᑡ࡞ࡃ⊛Ⅿ࡞ᙉ㢼ࡀ
and Loess Plateau region.
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Fig.4 Anomalies of (a) Strong Wind Frequency (SWF) derived from NCEP reanalysis data, (b) Soil moisture and (c) NDVI.

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−−Kasuga/Fukuoka_KSG

Aerosol optical thickness at 0.5 µm

1.0AOT500_KSG_SP
AOT500C_KSG_SP
AOT500_KSG_SR

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2008

2009

2010

2011

Time (Month)  Íó.RÍóLBHĭÅĥïëÊƂ|È·¼ÜĠ¼ĩĲßƃF-2T
 'H[YqbpH¼Ģ5HóÌ±Ş mdpƂ¸ƃ(żƊmdpƂñ¸ƃ(ŁƊŒē2."#Aoki, K., T. Hayasaka, K. Kawamoto, and T. Takemura : Spatial and Temporal Variation of Aerosol Climatology over Japan
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Sugimoto, N., T. Nishizawa, A. Shimizu, and H. Okamoto, AEROSOL CLASSIFICATION RETRIEVALALGORITHMS FOR EARTHCARE/ATLID, CALIPSO/CALIOP, AND GROUND-BASED LIDARS, IGARSS
Proc.,4111-4114, 2011.

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1.

Okamoto, H., and Coauthors, 2007: Vertical cloud structure observed from shipborne radar and lidar:
mid-latitude case study during the MR01/K02 cruise of the R/V Mirai, J. Geophys. Res, 112, D08216,
doi:10.1029/2006JD007628.

2.

Okamoto, H., and Coauthors, 2008: Vertical cloud properties in the tropical western Pacific Ocean:
Validation of the CCSR/NIES/FRCGC GCM by shipborne radar and lidar, J. Geophys. Res., 113, D24213,
doi:10.1029/2008JD009812.

3.

Watanabe, M., and Coauthors, 2010: Improved climate simulation by MIROC5: Mean states, variability, andclimate sensitivity. J. Climate, 23, 6312-6335.

4.

Watanabe, M. and Coauthors, 2011: Fast and slow timescales in the tropical low-cloud response to increasing
CO2 in two climate models. Clim. Dyn., doi:10.1007/s00382-011-1178-y.

5.

Watanabe, M. and Coauthors, 2012: Using a multi-physics ensemble for exploring diversity in cloud
shortwave feedback in GCMs. J. Climate, accepted.

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diffusivity near mixing hotspots
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Large Eddy Simulation ࡟ᇶ࡙ࡃᾏὒΰྜᒙࣔࢹࣝࡢ᭷ຠᛶࡢ᳨ド
15:30 - 16:15 NOH㸦Yonsei Univ.㸧
Prediction of diurnal variability of SST by an atmosphere-ocean
mixed layer coupled model
16:15 - 17:30 ஭ᡭ㸦஑኱㸧⇕ࣇࣛࢵࢡࢫࡢ▷࿘ᮇኚືࢆ⪃៖ࡋࡓ྿㏦ὶࡢᩘ್ᐇ㦂㸦LES㸧⤖ᯝ
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(a) Modulation of Equatorial Turbulence by Tropical Instability
Waves(b) Understanding rolls of near- inertial waves and mesoscale
processes on formation and modification of STMW
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࣭኱⁪ࡽ(1994)㸸ᾏࡢ◊✲ࠊVol.3, 413-418.
࣭ᒣୗࡽ(2008)㸸ᒸᒣ⌮⛉኱Ꮫᢏ⾡⛉Ꮫ◊✲ᡤᖺሗࠊ➨ 26 ྕࠊ29-40.

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2011 (in press).
࣭Estimation of submarine groundwater and TP flux near the intertidal zone by the budget analysis using themarine observation data, EMECS9
࣭Onboard Observation of Nitrous Oxide (N2O) and Estimation of N2O Emission, WESTPAC
࣭Short time variation of phytoplankton in the Yodo River estuary in Japan, WCMB㸳㸬◊✲⤌⧊
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M.Arima, K.Ishii and A.A.F.Nassirei: Development of the ocean-going underwater
glider with independently controllable main wings, SOARER, Procs. of thetwentyfirst (2011) International Offshore and Polar Engineering Conference(ISOPE-2011), pp.274-278, CD-ROM, (2011.06)㸬

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pp.506-509㸪㸦2011.06㸧

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M.Arima, T.Okashima and T.Yamada: Development of a Solar-powered Underwater
Glider,Procs. of OCEANS’11 MTS/IEEE Kona, CD-ROM, (2011.09).

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M.Arima and H.Tonai; IFeasibility Study of an ocean-going solar-powered
underwater glider㸪Procs. of the twentysecond (2012) International Offshore andPolar Engineering Conference (ISOPE-2012), (2011.06)㸬㸦ᢞ✏୰㸧‫⧊⤌✲◊ڧ‬㸦ᩍဨࡢࡳ㸧Ặ ྡ᭷㤿ṇ࿴

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Fig. 19
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Fig. 1

Fig. 2

Fig. 1 Definition of trim angle and sideslip angle

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Fig.
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Kakinuma, T., Nakamura, K., Yamashita, K., and Nakayama, K., Influence of velocity distribution anddensity stratification on generation or propagation of tsunamis, Proc. 6th Int. Conf. on Asian andPacific Coasts, pp.1608-1615, 2011.
Kakinuma, T., Yamashita, K., and Nakayama, K., Interaction of surface and internal waves with verylarge floating structures, Proc. Int. Conf. Coastal Structures, 2011.
Nakayama, K., Kakinuma, T., Tsuji, H., and Oikawa, M., Large amplitude solitary waves due to solitaryresonance, Proc. 6th Int. Conf. on Asian and Pacific Coasts, pp.1770-1777, 2011.
Yamashita, K., Kakinuma, T., and Nakayama, K., Numerical analyses on propagation of nonlinear
internal waves, Proc. Int. Conf. on Coastal Eng., No. 32, waves. 24, pp.1-15, 2011.
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乱流現象及び非平衡系の多様性と普遍性研究代表者・吉田 恭（筑波大学数理物質科学研究科）

1 研究集会の開催目的
大気・海洋の流れ，プラズマ，工学的応用分野おける流れ，そして我々の身の回りの多くの流れは乱流である．これら多様な乱流現象の物理的理解および応用的予測・制御のため，各分野で理論的解析・実験・観測・計算科学などの様々な手法で精力的に研究されている．これら様々な分野で異なる手法を展開する研究者が，互いの情報を交換して議論を通して知識・問題意識を共有する場を設けることは，重要であると思われる．また，乱流が非平衡力学系の一典型であることを考えると，より幅広く様々な非平衡系の研究者と乱流研究者が交流を持ち，その多様な視点をそれぞれの分野に導入し，またそれぞれの問題の背後にある普遍性を探ることは，今後の乱流および非平衡系の研究の展開に有意義であると思われる．日本における国際会議やワークショップを見る
限り，このような機会は少ないのが現状だと思われる．本研究集会では，異分野での理論，数値計算，実験・観測など異なる方法論の研究者が最新の知識を共有することにより，新たな知見を見いだすことを目的としたい．このような研究集会は，応用力学研究所の共同研究集会として開催することが最適と考えられる．

2 プログラム
１１月１０日（木）13:30–14:30 乱流における揺動応答関係

大信田 丈志（鳥取大工），大槻道夫（青学大理工），後藤 晋 （岡大自然），中原明生（日大理工），松本 剛（京大理）◦14:50–15:20

植物の葉の集団：動的スケーリング則に従う拡大成長

15:20–15:50

乱流の大規模スケール揺らぎの対数正規性に関するモデル

16:10–16:40

一様定常乱流の統計性における高分子の影響

16:40–17:10

テイラークエット流れにおける高分子の影響小山耕平（石川県立大生物資源），日高芳樹（九大工）松本 剛（京大理），高岡正憲 (同大理工)杉本大輝，渡邊 威，後藤俊幸（名工大）金 相佑，渡邊 威，後藤俊幸（名工大）１１月１１日（金）9:30–10:00 平均場と乱流磁気リコネクション

横井喜充（東大生研）

10:00–10:30

回転球殻内の Boussinesq 熱対流問題の安定性と分岐構造及び熱対流が両側球に及ぼす影響

10:50–11:50

超水滴法による雲形成と降水の精密シミュレーション

木村恵二，竹広真一，山田道夫（京大数解研）

島 伸一郎（兵庫県立大），長谷川 晃一（中電 CTI）
，S. Arabas (Univ. Warsaw)，草野完也（名大 STE 研）

13:30–14:30

非線形 Schrödinger 方程式が記述する世界—変分構造，特異点，基底状態—

14:50–15:20

量子流体乱流の完結近似に向けて

名和範人（阪大基礎工）

吉田 恭，有光敏彦（筑波大数理）

15:20–15:50

3 次元電磁流体乱流における 4/5 則の検証

16:10–16:40

平板乱流境界層における Reθ が小さいときの平均速度分布の対数領域に関する考察

芳松克則（名大工）和田裕貴（名大工），後藤克基，吉田 潤，川島英幹（海技研），辻 義之（名大工）16:40–17:10

高レイノルズ数平行平板間乱流 DNS における小スケール統計

森下浩二，石原 卓（名大工，JST CREST），金田行雄（名大工）

１１月１２日（土）9:30–10:00 n ヘプタンの簡略反応モデルを用いた乱流中の自己着火現象の直接数値計算

10:00–10:30

渦流の 3 次元不安定性に対するハミルトニアン分岐理論

1

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生田博也，石原 卓（名大工），寺地 淳（日産自動車）
福本康秀（九大 MI 研），彌榮洋一（九大 ITP）

10:50–11:50

南部-ゴールドストーン・モードの関与した時空カオス—ソフトモード乱流—

13:00–13:30

非双曲性と拡大率スペクトル13:30–14:00

少数自由度カオス系の時間相関関数の構造

14:00–14:30

AC トラップにおける少数帯電微粒子の配置の安定性

日高芳樹（九大工）宮崎修次（京大情），小林 幹（合原最先端数理モデルプロジェクト），松井克仁（京大情）富永広貴（佐賀大医），森肇（九大応力研），

石崎龍二（福岡県立大人社）， 森 信之（九州看護福祉大），黒木昌一（福岡女子大）石崎龍二（福岡県立大人社），秦 浩起（鹿大理），庄司 多津男，古田洋輔（名大工）3 講演内容の概要
乱流における揺動応答関係

トルクの変化で評価した．

２時刻相関関数と応答関数の比例関係を揺動応答関係（ＦＲ分子による外力項を加えた式を用いた．高分子の計算にはダン

大信田 丈志，大槻道夫，後藤 晋，中原明生，松本 剛

流れ場の計算は非圧縮性 Navier–Stokes 方程式の右辺に高ベルモデルの高分子の重心ベクトルと末端間ベクトルの時間発

Ｒ）とよぶ．直接相互作用近似（ＤＩＡ）をはじめとする乱流展の式を用いた．これらの式から計算された個々の高分子からの統計理論では，速度ゆらぎに対するＦＲＲが重要な役割を演

ストレス場を求め，流れ場に反映させた．

じてきた．しかし現実の乱流やシェルモデル乱流におけるＦＲ

上述した方法で数値計算を行った結果，流体に薄い濃度の高Ｒの成否，あるいはその破れの定量化は明らかではない．講演ではこの問題に関する最近の進展を報告した．

分子を添加することで内側円筒の表面上でのトルクが減少し植物の葉の集団：動的スケーリング則に従う拡大成長

変わった．しかし本研究では高分子の濃度による違いは見られた．特に，Wi (Weissenberg number) の値によって高分子の運動が変わり，その影響で流れ場と円筒表面のトルク減少率がなかった．高分子は流れの不安定性にも影響を及ぼしたが，実小山耕平，日高芳樹

験の結果とは異なったのでその原因の究明と計算手法の改良が草本ウバユリの葉の集団に於いて動的スケーリング則が観測さ必要である．

れた．個葉の大きさの個体内分布関数を適当に正規化すると，異なる大きさの個体の関数が１つに重なった．また，個体葉面
積は個体葉数のべき関数であった．

平均場と乱流磁気リコネクション
横井喜充

乱流の大規模スケール揺らぎの対数正規性に関するモデル

磁気リコネクションは最も重要な電磁流体現象のひとつであ松本 剛，高岡正憲

る．当初のモデルでは十分なリコネクション率を達成できず，
太陽表面での磁気リコネクションの説明が困難である．このた

毛利ら (2006, 2008, 2009) の風洞実験によって乱流速度，速め，さまざまな改良モデルが提案されてきた．そのひとつに乱度差の 2 乗の粗視化量が，相関長程度の粗視化スケールの下で流リコネクションがあるが，その理論は必ずしも整備されては

対数正規分布に従うことが見出されている．この大規模スケー

いない．本研究では，大局的な速度や磁場の構造が乱流の統計

ルでの対数正規性を Ornstein-Uhlenbeck 過程を用いてモデル的性質を決めるという立場からリコネクション現象を捉え，乱化して解析した結果を報告する．

流によって効率的なリコネクションが生じる条件を考察する．
リコネク ション周りには，クロス・ヘリシティが四重極的に分一様定常乱流の統計性における高分子の影響布し，結果としてリコネクションの生じる領域が局在し，効率

杉本大輝，渡邊 威，後藤俊幸

的なリコネクションが生じることが示される．

多数のダンベルモデルを一様定常乱流中に分散させた直接数
値シミュレーションを試みた．エネルギースペクトルや速度勾

回転球殻内の Boussinesq 熱対流問題の安定性と分岐構造及配，流体粒子の加速度の確率密度関数の振る舞いが高分子の存び熱対流が両側球に及ぼす影響

在によってどのような影響を受けるかを議論した．

木村恵二，竹広真一，山田道夫
回転球殻内の Boussinesq 熱対流問題について，臨界点から分テイラークエット流れにおける高分子の影響岐する，経度方向に伝播する定常進行波を Newton 法によって金 相佑，渡邊 威，後藤俊幸

求め，その安定領域を定めた．またこの定常進行波が両側球面

本研究では同心 2 円筒間の流体に鎖状高分子を添加した場合のに及ぼすトルクを計算し，その大きさは内側球の回転角速度を不安定性や乱流状態の変化を，流れとダンベルモデルによる多変化させるのに十分な大きさであることを見出した．さらに両数の高分子の直接シミュレーションにより解析する．特に，流側球がトルクを受けて三軸回転するモデルを構築し数値計算を体の中の個々の高分子の運動を並列計算を用いて直接計算し，行った結果，臨界点から分岐する定常進行波の安定領域および高分子が流れに及ぼす影響を流れの可視化と内側円筒表面での熱対流パターンは両側球が同期回転する場合とほとんど変化が

2

−

−

ないが，Rayleigh 数を増大させると定常進行波が不安定化し，し，クラウザー線図法を用いて局所抵抗係数を求めた．その結内側球と外側球の回転軸が同方向の状態から有意な角度をもつ

果と Chauhan らによって示されている Composite Proﬁle を状態へと遷移することを見出した．

用いて求めた局所抵抗係数，DNS による結果および先行研究
データとの比較を行った．それにより準対数領域の定義，およびクラウザー線図法に用いることの妥当性を検証した．そして

超水滴法による雲形成と降水の精密シミュレーション
島 伸一郎，長谷川 晃一，S. Arabas，草野完也

準対数領域の範囲を明らかにし，境界層パラメータとの関係を示した．また，対数則におけるカルマン定数と切片定数の組み雲の精密なシミュレーションは気象学・気候学的に重要な課題

合わせについても検証した．

である．特に，エアロゾルの振る舞い等を表す雲微物理過程が複雑で難しい．我々は超水滴法という， 粒子法による， 確率

高レイノルズ数平行平板間乱流 DNS における小スケール統計的な雲微物理モデルを開発した．比較的少ない計算コストで正森下浩二，石原 卓，金田行雄

確に雲の振舞いを数値計算できると考えられる．

高レイノルズ数平行平板間乱流の直接数値シミュレーション（壁摩擦速度に基づくレイノルズ数 Reτ = 2560）を用いて，対非線形 Schrödinger 方程式が記述する世界—変分構造，特数領域における小スケールの統計（エネルギースペクトル）に異点，基底状態—

ついて調べた結果を報告する．

名和範人

非線形 Schrödinger 方程式は，物理・工学などの様々な分野

n ヘプタンの簡略反応モデルを用いた乱流中の自己着火現象ので現象のモデル方程式として登場する：非線形光学のレーザー

直接数値計算ビームの自己集束 (Kerr 効果) のモデルや， Bose-Einstein 凝
縮を記述する Gross-Pitaevskii 方程式として知られる．この

生田博也，石原 卓，寺地 淳

方程式は様々な解を持つが，とりわけ，定在波解の中でも最小本研究では，n ヘプタンの自己着火過程 (着火前の温度上昇をな「作用」をもつ基底状態と呼ばれる解が，解全体の構造と深伴う低温酸化反応) における化学反応・乱流の相互作用，及びい関わりを持って現れる．この講演では，基底状態を定める変温度分布の変化を，簡略化学反応モデルを用いた直接数値計算

分構造と，その（メタ）安定／不安定性について特異点生成のにより調べた結果について報告する．

観点も交えて概観する．
渦流の 3 次元不安定性に対するハミルトニアン分岐理論

量子流体乱流の完結近似に向けて

福本康秀，彌榮洋一

吉田 恭，有光敏彦

楕円形にひずんだ流線をもつ回転流の線形不安定性は縮退する

液体ヘリウムの超流動成分やボーズ凝縮体のような量子流体乱2 個の Kelvin 波のパラメータ共鳴で，ハミルトニアンホップ

流は適切な近似のもと Gross-Pitaevskii 方程式に従う．講演

分岐を起こして新たな 状態に移行する．弱非線形安定性を調者が先に行った GP 方程式の数値シミュレーションで得られた

べるとき，オイラー的記述の枠内では，Kelvin 波の非線形相エネルギースペクトルを説明する完結近似の試みについて解説

互作用によって誘導される平均流を完全に決め ることができする．

ない．ラグランジュ変数を用いて渦なし撹乱に制限することによって，Kelvin 波が誘導する平均流をあいまいさ無く決めることがで きる．これをとっかかりとして Kelvin 波の弱非線形

3 次元電磁流体乱流における 4/5 則の検証

振幅方程式を導き，それがハミルトンの正準形式になることを

芳松克則

示す．

3 次元電磁流体乱流の 3 次構造関数に関する 4/5 則を，大規模直接数値計算データを用いて検証した．カルマン・ハワース方南部-ゴールドストーン・モードの関与した時空カオス—ソフ

程式を 3 次元一様非等方乱流に対して一般化し，外力の影響，

トモード乱流—粘性散逸の影響，並びに，非等方性が 4/5 則に与える影響を定
量的に調べた．非等方性の影響が，電気伝導性ない流体の乱流

日高芳樹に比べ，強いことが分かった．

液晶を電極に対して垂直に配向させた Homeotropic 系では，
連続回転対称性の自発的破れに伴う南部-ゴールドストーン・モードと電場による対流の相互作用によって，対流発生と同

平板乱流境界層における Reθ が小さいときの平均速度分布の時に時空カオス「ソフトモード乱流」が生じる．これまでの液対数領域に関する考察

晶電気対流では，液晶配向を異方的で静的な媒質と見なして

和田裕貴，後藤克基，吉田 潤，川島英幹，辻 義之

きたが，ソフトモード乱流の発見によって，配向自体が対流と圧力勾配のない平板乱流境界層における平均速度分布におい相互作用してダイナミクスを示すことが明らかとなった．まて，Reθ が小さいときには明確な対数領域が現れないとされてた，印加電圧の周波数の変化によって，長距離秩序をもたない

ファー領域と後流領域との間の直線領域を準対数領域と定義

序―無秩序転移が生じることや，対流場と配向場の相互作用にいる．そこで，1100 ＜ Reθ ＜ 6010 において実験を行い，バッ

Oblique Rolls から，長距離秩序をもつ Normal Rolls への秩

3

−

−

おける対称性の破れに伴う線状欠陥（Black Line）が存在することなどのソフトモード乱流の性質を紹介する．

AC トラップにおける少数帯電微粒子の配置の安定性
石崎龍二，秦 浩起，庄司 多津男，古田洋輔

非双曲性と拡大率スペクトル

帯電微粒子を交流電場によって閉じ込める実験において，少数

宮崎修次，小林 幹，松井克仁

個の帯電微粒子の運動には，秩序のある結晶配置や乱れたカオ

安定多様体と不安定多様体が接する非双曲性が局所軌道拡大

ス状態が観測される．私たちは，こうした実験結果を非線形力率（有限時間リヤプノフ指数）のレート関数をはじめとする大学系の観点から理解するために，理論および数値実験を進めて偏差統計関数に非解析性（q 相転移）をもたらすことが知られいる．

ている．近年，Covariant Lyapunov Vector (CLV) を用いた

１粒子の運動については，散逸項を加えた Mathieu 方程式

ローレンツ系の双曲領域と非双曲領域の区別がなされたが，こを拡張した数理モデルにより，固定点が不安定化すると安定

れらの先行研究との比較検討を行いたい．また，藤坂は大偏差周期運動を，更に，安定周期運動からカオスが生じることがわ

統計関数に現れる母関数を二時間相関関数に見立て，射影演算

かった．特に，カオスが発生するパラメータ領域では，カオス子法を用いた大偏差統計関数の数値解析法を提案したが，これにより確率的に回転方向が変わる，回転方向の拡散運動が発生についても具体例を用いて議論したい．

することがわかった．２粒子の帯電粒子の運動は，線形安定性
解析により，重心は静止し，相対運動には交流電場による強制
振動，そしてカオスが発生することを示した．３粒子の帯電粒

少数自由度カオス系の時間相関関数の構造子の運動では，重心は静止し，３つの粒子が三角形配置をとる

富永広貴，森肇，石崎龍二，森 信之，黒木昌一

安定配置をとり，交流電場による周期で強制振動をする．線形

少数自由度カオス力学系にはカオスの２重性を反映した構造

安定性解析により，カオスが起きるパラメータ領域を特定しが時間相関関数に現れるが，その長時間領域における構造は系

た．カオスが発生する場合，三角形配置のまわりでカオス的にの特性時間と記憶関数の特性時間との関係で exponential 型，

揺らぐカオス，そして配置転換を間欠的に起こすカオスがある

stretched exponential 型，べき型の減衰を示すことが考えらことが数値計算によりわかった．

れる．

4 開催日程，場所
開催日程

2011 年 11 月 10 日（木）– 11 月 12 日（土）開催場所

九州大学応用力学研究所西棟６階多目的研究交流室（W601 号室）

講演数

19 件
26 人

参加者数

4

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−−地形のダイナミクスとパターン及び境界領域研究代表者・柳田達雄（大阪電気通信大学）

1

研究集会の開催目的
多くの地形変化のダイナミクスは流体運動とそれに伴う物質移動からなっている．物質移動は，流体運動を規定している境界条件を変化させ，その変化が流れにフィードバックする極めて非線形性の強い現象である．地形変化の代表的な例は，河川流路変化・河岸変化・砂丘移動・鍾乳石形成・熱収縮割れ目の形成などと多岐にわたり，各分野で異なる対象・異なる方法論で取り扱われてきた．
本研究集会では，これらの現象を流れとそれに伴う物質移動による境界の自発的運動として捉え，異分野での理論，数値計算，実験・観測など異なる方法論の研究者が最新の知識を共有することにより，新たな知見や方法論を見出すことを目的としたい．
このような流体の流れ場による固体移動，また，それに起因した流れ場へのフィードバックのダイナミ
クス及びパターン形成の研究 集会は，応用力学研究所の共同研究集会として開催することが最適と考えら
れる．

2

プログラム

１１月４日（金）14:00–14:45 渦輪の衝突による粒状体表面上のパターン形成

14:45–15:30

物理過程に基づいた地形形成モデル

吉田隼也，佐野 理（農工大工）

岡村 誠（九大応力研），佐伯 亜由美（地圏環境テクノロジー）

15:45–17:15
17:15–18:00

地球内部のダイナミクスと物質循環

岩森 光（東工大理工）

2 次元ランダム表面とループ統計—宇宙マイクロ波背景放射を例として—

小林 奈央樹（中大理工），山崎義弘（早大理工），國仲寛人（三重大教育），

香取眞理，松下 貢（中大理工），松下聡樹，L.-Y. Chiang (台湾・中央研究院)

18:15–19:00

SPH 法を用いた乾燥破壊シミュレーションとその統計的性質

伊藤伸一，湯川 諭（阪大理）

１１月５日（土）9:30–10:15 波打ち際の斜め交差模様のでき方

10:15–11:45
13:00–13:45

遠藤徳孝，村上貴志（金沢大理工），泉 典洋（北大工）

断層の摩擦法則と粉体ダイナミクス

レイリーテーラー不安定性条件下で形成される表面パターン

波多野 恭弘（東大地震研）

下川倫子（千葉大先進科学セ）13:45–14:30
14:30–15:15

流体力学的相互作用を組み込んだ粒子法による粉体なだれのパターン形成

新屋啓文，粟津暁紀，西森 拓（広大理）

液膜流下の結晶成長

上之和人（ＷＤＢ）

−

1

−

3

講演内容の概要

渦輪の衝突による粒状体表面上のパターン形成

SPH 法を用いた乾燥破壊シミュレーションとその吉田隼也，佐野 理

統計的性質

渦輪が粒状体表面に衝突すると，渦輪の強さや衝突

伊藤伸一，湯川 諭までの並進運動距離，粒状体の粒径や材質などに応

我々は日常的に干上がった湖や田んぼ等で乾燥破壊じた特徴的な衝突痕を形成する．この衝突痕は，衝突による亀裂パターンを見かける．今回それらのようした渦輪が半径を増大させつつ粒状体表面を掘削す

な乾燥破壊パターンを，粒子法の一種である SPH 法

ることでクレーター状の窪みが形成され，粒状体表を用いて数値シミュレーションで再現し，その統計的面上に形成された二次渦輪が波状変形しつつクレーな性質について調べたので報告する．

ターの外周部に花弁状の窪みを形成していると推測される．本研究では，渦輪の強さおよび粒状体の粒

波打ち際の斜め交差模様のでき方

径・材質を変化させ，衝突痕の形状や形成に必要な

遠藤徳孝，村上貴志，泉 典洋

渦輪の強さについて実験的に研究を行った．

砂浜の波打ち際に出来る，斜面最大傾斜方向に対して斜め２方向に伸び交差する細い溝地形（リル）の物理過程に基づいた地形形成モデル

形成過程を検討した．斜面傾斜とリル交差角とは正岡村 誠，佐伯 亜由美の相関を示し，流水下の砂面に対する線形安定性解

地形形成の基本的な物理現象である土砂の浸食，輸析の結果は定性的に一致した．

送，堆積を物理過程に基づいてモデル化する．さらに，輸送と地形の特徴的な時間スケールの大きな違いを解決する方法を提案する．また，このモデルは断層の摩擦法則と粉体ダイナミクス

柳田，西森，小西のモデルと似ているので，両者を波多野 恭弘

比較検討する．

地震は地殻のすべり破壊であり，岩石の摩擦特性がその破壊伝播ダイナミクスに決定的な影響を与える．
そのすべり速度は年間数センチ程度 (クリープ) から

地球内部のダイナミクスと物質循環

1 メートル毎秒程度 (地震すべり) に至るまで実に 10

岩森 光

桁にわたって変化する．地震発生過程の研究ではこの数値シミュレーションや地球物理学的・化学的データ

ような幅広い速度レンジにおける摩擦特性を系統的の解析に基づき，プレート運動とマントル対流の特に解明することが必要である．しかし精度よい実験

徴と仕組み，およびそれらにともなう物質循環につは技術上なかなか困難であり，定性的な実験結果はいて，レビューと最新の研究成果について発表を行

これまでいくつか知られていたものの，統一的かつう．

定量的な経験則はこれまで知られていなかった．我々は圧力・すべり速度・温度を精度よくコントロールで

2 次元ランダム表面とループ統計—宇宙マイクロ波

きる回転式摩擦 実験装置を用いて，幅広い速度レン背景放射を例として—

ジにおける岩石の摩擦係数の系統的測定にまず成功

小林 奈央樹，山崎義弘，國仲寛人，香取眞理，松下した． 実験結果の解析を通じて，摩擦特性がすべり

貢，松下聡樹，L.-Y. Chiang

速度に応じて定性的に異なる 3 つのステージに分類

地形などのランダム界面において， その揺らぎを特されることを示し，複数ステージ間の移り変わりが徴づける方法の一つとしてマンデルブロの経験則に微視的物理過程のクロスオーバーに起因することを従い，その等値線や断面を解析する手法が知られて論じる．各ステージにおける物理過程についての微いる．本研究では， 宇宙マイクロ波背景放射の温度視的理論も簡単に紹介する．定常状態間の移り変わ

揺らぎ図から得られる等温線ループ集団・およびそりを記述する緩和方程式も理論的に導出できることの断面について， そのパターンとしての性質に着目を紹介する．

し， 2 次元ランダム表面で得られた知見を用いて揺らぎの特徴づけを試みた．

−

2

−

レイリーテーラー不安定性条件下で形成される表面相互作用を組み込んだ粒子法を構築した．その結果，

下川倫子

head 内部で渦対が発生した．さらに，粒径と head のパターン

なだれ前端が不安定化し，複数の head が形成され，厚さ，幅にスケーリング則が成り立つことを確認し軽い溶液の表面に重い溶液の滴を静かに置くと，二つの溶液界面でレイリーテーラ−不安定性が起こり， た．
二つの溶液の境界にフラクタル構造，もしくはセル構造が観察される．円筒容器の半径 r と溶液の深さ

ｈを変化させた実験で，r > h のときセルパターン， 液膜流下の結晶成長r < h ではフラクタルパターンが出現することが分 上之和人
かった．また，表面パターンの変化に伴い，r = h を(1) 過冷却の液膜で覆われた氷柱，Aufeis，航空機翼境に垂直方向の流れも変化することから，垂直方向
前縁への着氷，雹，(2) 過飽和の炭酸カルシウム水溶の流れが表面パターンを決定していることが実験で液 の 液 膜 で 覆 わ れ た 鍾 乳 石 や 石 灰 華 棚 ，(3) 過 飽 和
明らかになった．
のショ糖溶液の液膜で覆われた金平糖などは，液膜が重力や表面張力，風による摩擦力の作用で流れる

流体力学的相互作用を組み込んだ粒子法による粉体

とき，固液界面上に数ミリから数センチメートルス

なだれのパターン形成

ケールの凸凹が現れるときがある．液膜の厚さは供

新屋啓文，粟津暁紀，西森 拓

給する流量，流れる斜面の角度，風速によって変化

なだれは，雪崩に限らず，岩屑流や火砕流などの重力し，界面の成長率や波長と液膜の厚さには相関が見

流や密度流といった異なる流れで幅広く用いられてられる．結晶化の際の潜熱や溶質の拡散過程と表面

おり，頭部-尾部構造と呼ばれる共通の構造を持つこ張力による Gibbs-Thomson 効果を取り入れた従来のとが知られている．例えば，ポリスチレン粒子を斜Mullins-Sekerka 理論ではこのような長波長スケール

面上に流した場合，なだれ前端が不安定化し，波状の凸凹を予測することはできず，上述の現象を統一のパターン（複数の head）が形成すると報告されて的に説明できる新しい理論体系が必要である．氷柱いる．実験では低密度粒子を用いているため，head

上の凸凹や Aufeis の初期形態に関する理論モデルをの形成要因は，なだれの駆動力である重力と空気抵構築したので，実験結果との比較を行い上述の現象

抗であると考えられる．そこで，我々は空気抵抗がとの関連を示す．

粉体なだれへ及ぼす影響を調べるため，粉体-流体間

4

開催日程，場所
開催日程

2011 年 11 月 4 日（金）– 11 月 5 日（土）開催場所

九州大学応用力学研究所西棟６階多目的研究交流室（W601 号室）

講演数

10 件
22 人

参加者数

−

3

−

−

−

（研究集会）

非線形波動研究の進展 – 現象と数理の相互作用 –研究代表者

立教大学理学部

筧 三郎

研究集会の目的
本研究集会の目的は，「非線形波動」というキーワードの下に，理論面に関心を持つ研究者，現象面に関心を持つ研究者が一堂に会して議論することで，新たあ相互作用を引き出し，さらなる発展の新たな可能性を探ることである。非線形波動は，流体力学，プラズマなどを始めとする多彩な系で観測され，それを通して応用の可能性も追求されている。また，それぞれの分野における実験的研究に基づく理論
的アプローチから新たな概念が生み出され，さらにそこから新たな展開が広がってきた。近年では，「交通流」とか「疫病の伝播」などのような，広い意味での地球環境をとらえる際に重要となる社会現象にまでも，非線形波動の研究で培われた手法が使われるようになってきている。
非線形波動現象から生まれて，大きく発展した分野の一例として「ソリトン」がある。流体における孤立波の伝搬を記述する理論から生まれた「ソリトン」という概念は，プラズマ中の非線形波動，固体中の電荷密度波など，物理学を貫く一つの視点として広がってきただけでなく，「逆散乱法」をはじめとする理論的解法も，多くの応用数学者の関心を得てきた。日本においては，広田良吾氏による「広田の方法」，および佐藤幹夫氏ら京都スクールによる KP 階層の理論などのように，ソリトン研究において世界的な研究がなされてきた。さらに，それらの理論に基づいた離散化の手法が，現在でも盛んに研究されており，離散ソリトン方程式から新たな数値計算アルゴリズムも生まれてきている。また，ソリト
ン現象を示すセル・オートマトン系から生まれた「超離散化」と呼ばれる手法は，偏微分方程式モデルとセル・オートマトンモデルとを直接つなぐ方法論を与えた。さらに，そこから交通流を解析する新たなモデルが提案され，逆にそのモデルがソリトン理論を拡張する一つの動機となっている。
「ソリトン」という話題に関して，このように現在でも活発に研究が進められているが，一方で数学
理論，数値計算および実験の乖離が見受けられるのも事実である。非線形波動研究初期の頃はこれらが，より有機的に関連していた時期があり，そのことがお互いの進展に相補的に貢献していた。そこで現在の状況を鑑みて，共通の「非線形波動」というキーワードの下に，理論から実験まですべての研究者が一度に会して議論し，お互いの問題意識を確認して話し合う場が必要である。
開催予定地の応用力学研究所は，非線形波動研究の創成期以来，一貫して関連分野の研究における国内外の拠点の一つである。過去にも継続して関連した研究集会が行われてきており，活発な議論が繰り広げられ，そこから生まれた新しい研究分野も多い。本年度もまた多数の研究者の参加によって，さま
ざまな分野のテーマの有機的なつながりを目指すために，本研究集会の企画に至ったものである．
成果の概要
本研究集会は，平成 23 年 10 月 27 日から 29 日までの 3 日間にわたって開催され，特別講演 3 件と一般講演 33 件（口頭発表 17 件，ポスター発表 16 件）の講演が行われた．さらに，平成 23 年 9 月に急逝された和達三樹氏の非線形波動理論に対する貢献を偲んで，追悼講演が行われた．追悼講演を合わせると，計 37 件の講演が行われた．
特別講演は，「数理的側面」と「実験的側面」をつなぐ話題を選んだ上で，3 名の講演者を選定して依頼を行った。まず流体現象からの話題として，• 浅水域における２次元弱非線形孤立波の相互作用の解析：Mach 反射における Benney-Luke 方程式と KP 方程式• 界面成長とランダム行列の不思議な関係 – 液晶乱流が示す実験証拠 –という講演が行われ，２次元孤立波，および液晶乱流に対する近年の知見が紹介された。液晶乱流での実験結果は，統計物理学の基礎的問題である普遍クラスの分類とも関係する話題であり，その方面からの話題として• KPZ 普遍クラスにおける厳密解というタイトルでの講演も行われた。これらの内容は，非線形波動現象およびそれを記述する数学モデ
ルに関して，今後の研究の指針となるべき興味深い内容であった。
一般講演については，関連研究分野の先進的な内容に関する報告が主に行われた。提供された話題は数学や物理の純理論的なものから，実験やシミュレーションの話題を始め，工学的な応用を含んだ多彩なものとなり，聴衆の幅広い興味を集めた。内容を大別すると，−−

• 非線形波動・非線形力学系の実験と理論• 離散系の理論と理工学上の諸問題への応用• 可積分系の数理と応用であった。2 日目の午後にはポスターセッションを行い，大学院生などの若手研究者をはじめとして多くの研究者が参加して，幅広い内容のプレゼンテーションが行われた。一般講演においては，総じて実験から理論までのレベルの高い講演がなされ，それを元に活発な討論が繰り広げられた。
本年度は，文部科学省グローバル COE プログラム「マス・フォア・インダストリ教育研究拠点」との共催となった。同プログラムおよびその周辺には，本研究集会の研究協力者をはじめ，関連分野の研究者が在籍しており，それらの方々の参加によって研究集会がより活発なものとなった。昨年度までも同様の試みがなされており，良好な関係性が継続的に築き上げられつつある。
本研究集会は，数学や物理の理論的な話題から工学的な応用問題にいたるまで多彩なテーマを扱いつ
つ，講演が公募されて自由に発表できることが大きな特色である。しかも，その内容は単に羅列的に提供されているのではなく，多くの研究者が講演ごとに各自の視点から積極的に討論を行って議論を深め，また関連する話題についての情報交換も活発に行われた。非線形波動に関連する研究分野における多くのテーマの有機的なつながりは研究集会の当初の目的であるが，それは充分に果たし得たのではないかと思われる。本研究集会では大学院生や学部生をはじめとした若手研究者の発表の場としても有意義であった。彼らによる新鮮な視点からの発表や討論が行われたことは，特筆しておかねばならない。非線形波動の研究のような，さまざまなテーマが密接に関係し合う研究分野では，本研究集会のような場の存在が大変重要である。このような場を提供して頂いた応用力学研究所の存在意義を，あらためて実感させて頂いた。参加者を代表して心から感謝を申し上げたい。
講演プログラムと概要

10 月 27 日（木）12:40-13:10 二項係数と Sierpinski 三角形
岩尾慎介（立教大学），増田哲（青山学院大学）
よく知られているように，Pascal の三角形を 2 を法として読み換えると，フラクタル
図形のひとつである Sierpinski 三角形が得られる．本講演では，任意の素数べき pq を
log p(p + 1)/2法とした Pascal の三角形を考察し，そのハウスドルフ次元が
であるこ
log p
とを示す．
13:10-13:40

13:40-14:10

超離散反応拡散系
村田実貴生（青山学院大学）
我々は微分方程式に対して超離散化を行う系統的な方法を確立した．その方法は 1 階の微分方程式や反応拡散方程式に適用できるものである．今回は 1 成分の反応拡散系として知られている Allen-Cahn 方程式について，その手法で得られる方程式とその定常解や進行波解などの厳密解について報告する．また，可能であれば 2 成分系についても言及したい．

max-min 束と ECA
池上貴俊（早稲田大学），高橋大輔（早稲田大学），松木平淳太（龍谷大学）
今まで ECA の時間発展則を max-plus 表現によって表記し，解析してきた．ところが，解けたルールにおいては max と＋でなく，max と min を基本演算とした構造でまとめられることがわかった．講演ではこの束と呼ばれる構造の定義，および ECA への通用について述べる．

−−

14:20-15:20

15:30-16:00

16:00-16:30【特別講演】浅水域における 2 次元弱非線形孤立波の相互作用の解析：Mach 反射における Benney-Luke 方程式と KP 方程式
丸野健一（The University of Texas-Pan American）
２次元孤立波の相互作用の研究は、様々な物理現象に関連して、種々の解析的、数値的方法を用いて研究されてきた。弱非線形性・弱２次元性の仮定の下、浅水域における流体波の方程式、または、イオンプラズマ音波の方程式から KP(Kadomtsev-Petviashvili)
方程式が導出されたが、その KP 方程式は可積分系であり、可積分系研究において重要な役割を果たしてきた。近年、児玉と Chakravarty により KP 方程式のソリトン解の分類が成され、様々なソリトン相互作用を示す厳密解が見つかった。KP 方程式は流体波の方程式から弱非線形性・弱２次元性の仮定の下に導出されるため、これらの厳密解が実際の流体の孤立波相互作用をどの程度まで記述できるかを調べる事が必要である。より現実に近いモデル方程式のひとつとして、弱非線形近似ではあるが回転対称性を持つ
Benney-Luke 方程式が考えられている。しかしながら、この方程式は非可積分であり、可積分系理論を、直接適用することはできない。2 本講演では、Benney-Luke 方程式の孤立波相互作用を調べるための手法を解説し、それによって得られる結果を報告する。
解析手法は広田の方法と摂動法を基本にしたもので、これを用いて Benney-Luke 方程式の（近似的）２ソリトン解の具体的な表示を求め、孤立波が壁に対し斜め入射して起こる Mach 反射の問題を考える。この解から入射角に対し異なった相互作用パターンが得られ、その臨界角度を求める。次に、Benney-Luke 方程式の直接数値計算を行い、解析的に得られた臨界角度が数値的にも非常に良く一致する事を示す。この結果を KP
方程式の場合と比較し、KP 方程式の厳密解は実際の浅水域での Mach 反射における２次元弱非線形孤立波の相互作用を非常によく記述できることを示す。本講演の内容は児玉裕治氏（オハイオ州立大）、辻英一氏（九大・応力研）、Baofeng Feng 氏 (UTPA) との共同研究である．

Korteweg 力によって発生する流体現象の実験的アプローチ
伴貴彦（大阪大学），山田 智博（同志社大学），高木 洋平（大阪大学），岡野 泰則（大阪大学）
2 溶液の相互溶解過程で発生する Korteweg 力は，100 年以上前に理論的に予測されながら，包括的な実験例がほとんどなされていなかったが，我々は組成依存型の流動現象を実験的に実現することに成功した．
ソリトンの有効相互作用： ソリトン粒子力学の構築に向けて角畠浩（富山大学）
ソリトン相互作用を記述する粒子力学にゲージ場的な相互作用を導入し，近似的に並進不変性を保たせることを試みる。

10 月 28 日（金）9:30-10:00
離散半線形波動方程式の解の爆発に関する定理
松家敬介（東京大学）
非線形項が累乗関数の形をした非線形波動方程式の離散化を報告する。この離散方程式
は元の偏微分方程式の解の爆発に対応した性質をもつ解が存在する。元の偏微分方程式
が爆発解をもつ条件として空間次元に依存したものが知られており、その離散アナログが得られたことをあわせて報告する。
10:00-10:30

10:30-11:00

Spiral な境界条件を持つ離散 KdV 方程式とその有限体上への拡張
神吉雅崇（東京大学），時弘哲治（東京大学），間田潤（日本大学）
本講演では、spiral と呼ばれる境界条件のもとで離散 KdV 方程式を考察する。まず保存量の構成方法を紹介し、それらが超離散化できることをみる。次に方程式を有限体上で取扱い、特殊な孤立波現象が観測されることを紹介する。
RII 格子と対応する箱玉系について
前田一貴（京都大学），辻本諭（京都大学）
有限超離散戸田格子と箱玉系との対応関係が知られている．本講演では，直交多項式からの離散戸田格子の導出を一般化した，RII 多項式からの（減算のない）RII 格子の導出を考え，さらにこれを有限格子境界条件の下で超離散化することで得られる超離散系と，対応して現れる箱玉系について議論する．

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13:40-14:10

14:10-14:40

14:40-15:10【特別講演】界面成長とランダム行列の不思議な関係〜液晶乱流が示す実験証拠〜
竹内一将（東京大学理学部）
液晶乱流を舞台に、成長界面の揺らぎがランダム行列理論の様々な統計則に従うという実験結果を紹介する。数理モデルが示す固有値分布やエアリー過程が、スケール不変性のために成長界面の普遍的性質としてロバストに現れる様は極めて非自明である。
線形化可能な超離散 QRT 系の厳密解と特異点閉じ込めテストについて
三村尚之（青山学院大学），薩摩順吉（青山学院大学）
保存量を持つ 2 階非線形差分方程式として、QRT 系がある。一方、超離散方程式の可積分性判定法として、超離散特異点閉じ込めテスト (uSC) が提案されている。本発表
では、線形化可能な超離散 QRT 系の厳密解を構成し、uSC を適用した結果との関連について紹介する。
超楕円曲線の加法と可積分系ー差分および超離散ー野邊厚（千葉大学）
周期戸田格子などの可積分系の時間発展は超楕円曲線のヤコビ多様体における平行移動（＝加法）であることが知られている．このような加法は超楕円曲線と適当な曲線との交叉を用いて実現できるため，可積分系を平面の写像力学系として解釈可能である．本
講演では差分系と超離散系を比較しながらこれらについて議論する．

Periodic phase solitons: N-ソリトン解と超離散化
広田良吾（早稲田大学名誉教授），太田泰広（神戸大学），長井秀友（早稲田大学）
周期的位相を持つソリトンを記述する双線形差分方程式の N-ソリトン解と超離散化を議論する。

10 月 29 日（土）9:30-10:00
符号付き超離散 Bessel 方程式とその特殊解について
奈良 史貴（青山学院大学），礒島伸（青山学院大学），薩摩順吉（青山学院大学）
符号付き超離散化は符号が一定でない解を持つ差分方程式を超離散化する手法である。
本講演では Bessel 方程式の符号付き超離散類似を提出し、その特殊解の構造を議論する。
10:00-10:30

10:30-11:00

11:10-12:10

Darboux 変換の一般化と準可換微分作用素
松島正知（同志社大学），大宮眞弓（同志社大学）
Dirac 作用素と Schrödinger 作用素は Miura 変換で結びついているが、この事を用いてDirac 作用素に関する準可換微分作用素環を構築し、定常 KdV 階層に関する Darboux
変換の一般化を得た。
離散可積分系と線形回帰モデルの D-optimal design
關戸啓人 (京都大学)
回帰モデルが与えられたとき，最も精度よく推定できる説明変数の組を D-optimal designと呼ぶ．離散可積分系の時間発展が，回帰モデルにおいて事前情報を与えることに対応することを説明し，D-optimal design の構成法を述べる．
【特別講演】KPZ 普遍クラスにおける厳密解今村卓史（東京大学先端科学技術研究センター）
KPZ 普遍クラスは界面成長等の非平衡系に現れ、その物理量 (界面の高さ等) の揺らぎ
は、時間の 1/3 乗に比例するという特徴をもつ。この性質は普遍的で、さまざまな数理
モデル (各種界面成長モデルや、ASEP などの粒子モデル、ランダム媒質中のポリマーのモデルなど) に現れる。Kardar, Parisi, Zhang は 1986 年に非線形の確率微分方程式(KPZ 方程式) を提唱し、上記の指数 1/3 等を解析的に導出した。KPZ 普遍クラスの数
理的な理解は最近急速な進展を見せている。2000 年に RSK 対応等の組み合わせ論的な手法を駆使して ASEP におけるカレント分布の厳密解が得られた。また 2010 年から
は、KPZ 方程式の厳密解も得られ注目されている。これらの厳密解は Fredholm 行列式を用いて表わされ、長時間極限においてランダム行列理論における最大固有値分布(Tracy-Widom 分布) に等しくなる。また Painleve 方程式とも深く関連している。本講
演では、厳密解のアプローチに基づいた KPZ 普遍クラスの数理的な側面を、我々の最近の研究を中心としてご紹介する。

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14:00-14:30

14:30-15:00

反復関数の共役性および準共役性による Sakaki-Kakei 方程式の解の構成
近藤弘一（同志社大学）
Sakaki-Kakei 方程式は超幾何関数で表される保存量をもつ 12 種類の 2 次元非可逆離散力学系である．本論文では，Sakaki-Kakei 方程式の解の構成法を解説する．保存量を求め，方程式を 1 次元化し，その反復関数がもつ共役性または準共役性を利用し一般解または特殊解を構成する．

q 離散ドリンフェルト・ソコロフ階層と q パンルヴェ方程式
鈴木貴雄 (大阪市立大学)
本講演では、A 型リー代数に付随するドリンフェルト・ソコロフ階層の q 離散化について考察し、その相似簡約として神保・坂井による q パンルヴェVI 方程式の高階化となる差分方程式系が導かれることを示す。
古典直交多項式における Bannai-Ito 多項式について
辻本諭（京都大学），Luc Vinet(Centre de Recherches Mathématiques Universite deMontréal, Canada)，Alexei Zhedanov(Donetsk Institute for Physics and Technology,
Ukraine)Bannai-Ito 多項式の持つ古典性および Askey スキームにおける位置づけを明らかにした後，その他の古典直交多項式と異なる固有の性質について，代数的な観点から議論する．

ポスターセッション概要（1）

超離散系におけるカルマンフィルター
白瀬裕己（三菱 UFJ 信託銀行），礒島伸（青山学院大学），薩摩順吉（青山学院大学）
カルマンフィルターは，線形系の誤差を伴う観測量から実際の物理量を推定するアルゴ
リズムとして広く用いられている．本講演では，線形系と同様の考え方で超離散系（区分線形系）に対するカルマンフィルターを提案し，その性質や非線形問題への適用可能性を考察する．

（2）中心多様体理論を用いた積型離散ハングリーロトカ・ボルテラ系の局所解析
飛田明彦（東京理科大学），福田亜希子（東京理科大学），石渡恵美子（東京理科大学），
岩崎雅史（大阪市立大学），中村佳正（京都大学）
力学系の局所的な解挙動を調べる際，中心多様体理論が有効である．本発表では積型の離散ハングリーロトカ・ボルテラ系に対し中心多様体が存在することを示し，収束の最終局面において，解が平衡点に単調に近づくことを示す．

（ 3）

シフト付き LR 変換に付随する離散ハングリー系について
濱洋輔（東京理科大学），福田亜希子（東京理科大学），石渡恵美子（東京理科大学），
岩崎雅史（京都府立大学），山本有作（神戸大学），中村佳正（京都大学）
非自励な離散ハングリー戸田方程式及び離散ハングリーロトカ・ボルテラ系に対し，シ
フト付き LR 変換との関連を明らかにすることで，ベックルント変換を導出する．さらに，離散ハングリーロトカ・ボルテラ系における差分間隔がシフト量に対応することを
示す．

（ 4）

s2s-OVCA の複数の渋滞が共存する定常解
宇治野秀晃（群馬工業高等専門学校），矢嶋徹（宇都宮大学），小熊和仁（東京大学）
超離散化された最適速度模型にスロースタート効果を取り入れた s2s–OVCA について，同じ速度を持つ複数の渋滞が共存する定常解を構成する．また定常解がこの模型の基本図を再現することを示す．

（5）s2s-OVCA の線形化連続極限の定常解と安定性
矢嶋徹（宇都宮大学），宇治野秀晃（群馬工業高等専門学校），小熊和仁（東京大学）
スロースタート効果を取り入れた最適速度 CA において，各変数の時間発展が漸近安定なものであるかどうかを調べるため，連続モデルとしての s2s-OV モデルを取り上げ，線形化して定常解まわりの平面波状の摂動の振る舞いを調べる．この摂動が安定に伝わる場合と，不安定成長が観察される場合とに分類し，安定な解が存在する条件を検討す
る．

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（6）

A study of Hopﬁons and vortices in the extended Skyrme-Faddeev model戸田晃一 (富山県立大学) ，澤渡信之（東京理科大学），L. A. Ferreira（サンパウロ大学）, Juha Jaykka
Skyrme-Faddeev 模型（Skyrme 項をもつ SO(3) 非線形σ模型）はグルーボールを記述するとされる模型である。今回は，この Skyrme-Faddeev 模型に新たな項（高階微分項）を追加した，extended Skyrme-Faddeev 模型の，4 次元ミンコフスギー時空でのHopﬁon 解と渦解に対する厳密解析および数値解析の結果を報告した。

（7）

離散可積分系による非交叉歩道の数え上げ
上岡修平（京都大学）
離散戸田方程式等の離散可積分系は、直交多項式等の直交関数系や連分数との関係を通じて、格子上の歩道（径路）等の組合せ論的対象の数え上げ問題に結び付く。本講演では離散戸田方程式とその行列式解（分子解）に着目し、それを用いて三角格子上の非交叉歩道（non-intersecting walks）の数え上げ問題を解く。

（8）

超離散化された線形波動方程式と戸田格子方程式
儀保伸吾（九州大学）
線形波動方程式は音波や電磁波など多くの現象を記述するために重要な方程式である.
本研究では, 線形波動方程式の超離散化を試みた. また, 得られた結果と戸田格子方程式との関係についても議論する。

（9）

口蹄疫伝染パターンと変形 SIR モデル
松島弘典（同志社大学），大宮眞弓（同志社大学）
口蹄疫の伝染パターンの数理モデルとして、インフルエンザの流行の数理モデルである SIR モデルを改良し、2010 年に宮崎県内で流行した口蹄疫の実際のデータに限りなく近い変形 SIR モデルを構成した。

（10） A Combinatorial Method for the Vanishing of the Poisson Brackets of an
Integrable Lotka-Volterra System伊藤栄明（統計数理研究所）
The combinatorial method is useful to obtain conserved quantities for nonlinear integrable systems, as well as the Lax representation. Here we extend the combinatorial
method and introduce an elementary geometry to show the vanishing of the Poisson brackets of the Hamiltonian structure for a Lotka-Volterra system of competing
species.
（11） Van der Pol
equation for the oscillation of stock price by majority orienting traders伊藤栄明（統計数理研究所）
We consider an interacting particle system for the stock price ﬂuctuation. The changeof the stock price with a feedback by the price gives the van der Pol equation as adeterministic approximation ( H. Takahashi and Y. Itoh (2004)). Considering theinvestment position of each trader, we introduce the delayed van der Pol equation.
The history of investment positions, for example sell or buy, of each trader for a stock
makes a memory eﬀect, which is modeled by using the time retardation (T. Yamashita
and Y. Itoh (2007)).

−−（12） Bottom Up and Top Down Design of Ultra Discrete Burgers Cellular Automata for Simulating Traﬃc Flow
中田一紀（九州大学 INAMORI Frontier Research Center）
We propose bottom up and top down design for digital VLSI implementation ofmultiple-value cellular automata for simulating traﬃc ﬂow. Recently, a family of the
Burgers cellular automata (BCA) has been extremely extended for modeling multilane traﬃc ﬂow using the ultra discrete method. The family of BCAs is suitable for
digital VLSI implementation because of the discreteness in time and space, and statevalues in addition to the logical update procedure represented as max and min operators. As a ﬁrst step, we designed unit circuits for implementing the elementary BCA,
and veriﬁed fundamental operation in networks with the circuit simulator SPICE.
Based on the results, we discuss the bottom up and top down design for large-scale
integrated circuit implementation of the family of BCAs.
（13） (n+1,n) 型分割に付随した Painleve 系
山本聖爾（立教大学）
本研究では、分割 (n + 1, n) に対する A 型 Drinfeld-Sokolov 階層を相似簡約すること
で、新しい高階 Painlevé 型常微分方程式系を導く. この方程式系は 2n 階 Hamilton 系(1)として記述され、A2n 型 aﬃneWeyl 群対称性を持ち、超幾何解を持つ.
（14） 区分線形型 FitzHugh-Nagumo 方程式の逆超離散化
大川豪（立教大学），筧三郎（立教大学）
神経細胞のモデルである FitzHugh-Nagumo 方程式においては，非線形項の選び方にいくつかのバリエーションがある。その１つである区分線形型非線形項の場合 (McKean
model) に対し，方程式の持つ定性的な性質を保つような逆超離散化を提案する。
（15） 連立 Euler-Poisson-Darboux 方程式の対称性
三澤彰宏（立教大学），筧三郎（立教大学）
いわゆる Euler-Poisson-Darboux 方程式 が sl2 対称性を持つことは良く知られている。本研究では，１つの拡張として連立型 Euler-Poisson-Darboux 方程式を考察し，それが sl2 対称性を持つことを示す。また，連立型の場合の昇降作用素についても，具体的に構成できる。
（16） 立体魔方陣と有限体
宮川文香（立教大学）
白川俊博氏は、魔方陣に関する懸賞問題の１つである「積で成立する立体魔方陣で３６４未満の数からなるもの」という問いを、サイズ４に対して解いた。本研究では、白川氏の魔方陣の背後の幾何的構造について解析する。

開催の期間
参加者

平成 23 年 10 月 27 日 ∼ 平成 23 年 10 月 29 日

69 名

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ཧ⪃ᩥ⊩[1] M. Shimada et al., J. Nucl. Mater. 415 (2011) S667.

Deuterium release rate (1017 D/m2s)

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20

10

0

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Deuterium retention (1020 D/m2)

300

500

700

Temperature (oC)

900

100

[4] A. Van Veen et al., J. Nucl. Mater. 155-157 (1988) 1113.

[5] R. Frauenfelder, J. Vacuum Sci. Technol. 6 (1969) 386.
ᅜ㝿఍㆟Ⓨ⾲
[1] Y. Hatano et al., Effects of Neutron and Ion Irradiations on Retentionof Hydrogen Isotopes in Pure Tungsten, 15th Int. Conf. Fusion

1

0.1

ᅗ2

−

400 oC exposure
600 oC exposure

10

Reactor Mater. (ICFRM-15), Oct. 16-22, Charleston, SC, USA.

−100

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[2] M. Shimada et al., Phys. Scr. T145 (2011) 014051.
[3] Y. Yahiro et al., J. Nucl. Mater. 386–388 (2009) 784.

D2 gas (673 K@100 kPa@10 h) o rc W

600

800

Degas temperature (oC)1000

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1100

1500

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FeIV 1615Å

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1300
Wavelength (Å)

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1

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2

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CIII 977Å

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CIII 903Å

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3

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4#17607

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30
40
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MS-5A
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100mm
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pump
200mm
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−

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[2] ⍹Ꮉㅴ৻㇢, ጊ৻ᚑ, ᷰㄝ⧷㓶 ઁ, ̌࠲ࡦࠣࠬ࠹ࡦ
ၸⓍጀߦ߅ߌࠆ᳓⚛ห૏૕᜼േ,̍ᣣᧄේሶജቇળ⑺ߩᐕળ,9 ᦬ 20 ᣣ-22 ᣣ, ർ਻ᎺᏒ.
[3] ጊญᕶᐔ, ጊ৻ᚑ,⍹Ꮉㅴ৻㇢ ઁ, ̌ᩭⲢวἹࡊ࡜࠭
ࡑኻะოߦ߅ߌࠆ᳓⚛ㅘㆊ᜼േߦ㑐ߔࠆ⎇ⓥ,̍ᣣᧄේሶജቇળ਻Ꮊᡰㇱળ,12 ᦬ 17 ᣣ, ਻Ꮊᄢቇ.
‫ޣ‬ෳ⠨ᢥ₂‫ޤ‬[1] K.Katayama, K.Imaoka et al., Fusion Sci and Tech. 54(2008) 549[2] T.Fujiki, K.Katayama et al., Fusion Eng and Des. 85 (2010)1094.
[3] K.Katayama, et al., Fusion Eng and Des. 86 (2011) 1702.

−−

Irradiation temperatureo
500 C

TemperatureoTemperature [ C]

600
2.0
400

1.5
1.0

200
0.5
0.0
3.0

0
Irradiation temperatureo
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800

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600
2.0

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Desorption rate [×10 mol/(g·s)]

800

400

1.5
1.0

200
0.5
0.0

0

3.0

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o
22 C

2.5

Temperature

800

600

-7

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2.0
400

1.5
1.0
HD
D2

0.5
0.0

Temperature [ C]

-7

Desorption rate [×10 mol/(g·s)]

2.5

200

0
100 200 300 400 500 600 700

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400
200
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3.0

Desorption rate [×10 mol/(g·s)]

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Ⓧጀ⴫㕙ߩ㉄ൻ⤑ߦ᝝ᝒߐࠇߡ޿ߚ㊀᳓⚛ߣ⠨߃ߡ޿ࠆ‫ޕ‬HD ߣ D2 ߩ᡼಴ࡇ࡯ࠢ૏⟎߇⇣ߥࠆ߇‫ޔ‬HD ߩࡇ࡯ࠢߪ
H2 ߩ᡼಴㐿ᆎᤨ㑆ߣ৻⥌ߒߡ߅ࠅ‫ޔ‬⣕㔌⴫㕙ߦ߅޿ߡ DේሶߦᲧߴߡ H ේሶߩഀว߇ᕆჇߒߚߚ߼‫ޔ‬D ේሶߩᄙߊ߇ HD ߣߒߡ᡼಴ߒߚ߽ߩߣ⸒߃ࠆ‫ޕ‬HD ߩ᡼಴ߪ 400͠⒟ᐲ߹ߢ⛯޿ߚ‫ޕ‬300͠ᾖ኿⹜ᢱ߆ࠄߪ‫ޔ‬ᾖ኿᷷ᐲࠃࠅ߽
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M.Yamaguchi and M. Yagi, Phys. Rev. B 85
094102 (2012).
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ᚑᨐ⊒⴫(1)T.Hotta, K.Tokunaga,K.Araki, T.Fujiwara,
Y.Miyamoto, M.Hasegawa, K.Nakamura,
K.Ezato, S.Suzuki, M.Enoeda, M. Akiba,
R.Kasada, A.Kimura, High heat loading
properties on tungsten coated low activationmaterial, Plasma Conference 2011, Nov.,
2011, Kanazawa, Japan(2)ၳ↰ᥓብ‫ޔ‬ᓼ᳗๺ବ‫ᧁ⨹ޔ‬㇌᣿‫⮮ޔ‬ේᱜ‫ޔ‬ችᧄ ᅢ㓶‫ޔ‬㐳⼱Ꮉ⌀‫ޔ‬ਛ᧛৻↵‫ޔ‬ᳯ㉿ ᐘ৻㇢‫ޔ‬㋈ᧁື‫ޔ‬᭑ᨑᐙ↵‫⑺ޔ‬႐⌀ੱ‫ޔ‬㐳ဈ℉਽‫↰═ޔ‬┥ᄥ‫ᤩ᧛ᧁޔ‬ᒾ‫ޔ‬ᷫ࿶ࡊ࡜࠭ࡑṁ኿࠲ࡦࠣࠬ࠹
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Phys. Lett. A 283 (2001) 368eÇ(ii) VbV7kÀf¡·îĝ1B2*C8pÁĤ®7V r ~ Cs (Δ/R)1/2 6?5JFM"#$4B2 Δ 6  i5ßr(0Ĥ$4BO.E.
Garcia, Plasma Fusion Res. 4 (2009) 019&6ļ[Q`5(iii)Kelvin-Helmholtz f¡·ÖDċB2VbVJFM2pÁĤ®7:;e¡w5Ä*B2[Q`>¿þ'C0BS. Sugita, M. Yagi, S.-I. Itoh, K. Itoh, J. Pys. Soc. Japan 79 (2010) 044502m6ûā
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[1] K. Hoshino, K. Shimizu, T. Takizuka, N. Asakura, T. Nakano, "Improvement of the detachment
modelling in the SONIC simulation", J. Nucl. Mater. 415 (2011) S549-S552.
[2] H. Kawashima, K. Hoshino, K. Shimizu, T. Takizuka, S. Ide, S. Sakurai, N. Asakura,"Evaluation of heatand particle controllability on the JT-60SA divertor", J. Nucl. Mater. 415 (2011) S948-S951.
[3] N. Hayashi, V. Parail, F. Koechl, N. Aiba, T. Takizuka, S.Wiesen, P.T. Lang, N. Oyama and T. Ozeki,“Integrated simulation of ELM triggered by a pellet through energy absorption and transportenhancement”, Nucl. Fusion 51 (2011) 103030 (8pp).
[4] S. Azuma, A. Fukuyama, T. Takizuka, “Analysis of the Bohm criterion for two-ion-species plasmas
using PARASOL”, 13th Int. Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices (PET-13), 19-21 Sep,
2011, South Lake Tahoe, USA.
[5] M. Yagi, K. Shimizu, T. Takizuka, M. Honda, N. Hayashi, K. Hoshino, A. Fukuyama, “Simulation studyof L/H transition with self-consistent integrated modelling of core and SOL/divertor transport”, PET-13.
[6] K. Hoshino, K. Shimizu, N. Asakura, T. Takizuka, M. Nakamura, K. Tobita, “Simulation study of an
extended divertor leg for heat control in SlimCS DEMO reactor”, PET-13.
[7] T. Takizuka, N. Oyama, T. Fukuda, “Helical ferritic steel inserts for resonant magnetic perturbation to
suppress ELMs in tokamak DEMO reactor”, Plasma Conference 2011, Nov. 22-25 Nov, 2011,
Kanazawa.
[8] S. Azuma, A. Fukuyama, T. Takizuka, “Analysis of the Bohm criterion for two-ion-species plasmas using
PARASOL”, Plasma Conference 2011.
[9] K. Shimizu, T. Takizuka, M. Honda, N. Hayashi, K. Hoshino, A. Fukuyama, M. Yagi, “L/H transition
simulation with integrated modeling of core and SOL/divertor transport”, Plasma Conference 2011.
[10] K. Hoshino, K. Shimizu, M. Nakamura, T. Takizuka, N. Asakura, T. Nakano, “Investigation of thedetached divertor model in the SONIC simulation”, Plasma Conference 2011.
[11] H. Kawashima, K. Shimizu, K. Hoshino, T. Takizuka, S. Sakurai, “Improvement of edge-plasma
modeling and its impact on the SONIC simulation for JT-60SA divertor”, Plasma Conference 2011.
[12] S. Togo, M. Nakamura, Y. Ogawa, T. Takizuka, K. Hoshino, "Effects of radial losses of particle andenergy on the stability of detachment front in a divertor plasma", 21st Int. Toki Conference, 28 Nov- 1
Dec, 2011, Toki.
[13] T. Takizuka, “Radial speed of ELM filament in SOL”, NIFS Collaborative Research Meeting onModeling of Integrated Core and Peripheral Plasma for DEMO, 21-22 Feb, 2011, NIFS, Toki.
[14] T. Takizuka, “New concept for DEMO reactor”, 10th BPSI Meeting, 15-16 Dec, 2011, RIAM Kyushu
Univ., Kasuga.



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1.

H.T. Lee, H. Tanaka, Y. Ohtsuka, Y. Ueda, “Ion-driven
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deuterium

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ᩥ⊩[1] Y. Kamada, H. Watanabe, S. Mitani,
J. Echigoya, H. Kikuchi, S. Kobayashi,
N. Yoshida and K.Takanashi : Mater.
Trans., Vol. 50, No. 9 pp. 2134-2138,
2009

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Y. Kamada, H. Watanabe, S. Mitani, J.
Mohapatra, H. Kikuchi, S. Kobayashi, M.
Mizuguchi and K. Takanashi :Ion-Irradiation
EnhancementofMaterials Degradation in Fe-Cr Single
Crystals
DetectedbyMagnetic
Techniques, The 15th ICFRM, 15-341,
D-74, Charleston, USA, Oct. 16-22,
2011

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⾲㸯 V-4Cr-4Ti ࡢ⇕ฎ⌮᮲௳
Abbreviation
STD
STD-CW
SA-A
SA-A-CW

SA-CW-A

Treatment

Conditions

Standard
Maximum precipitation for ductility
Standard and Cold-worked
Strengthening by dislocations
Solution Annealed and AgedHigh density of fine precipitates
Solution Annealed, Aged and Cold-rolled
Fine precipitates and dislocations

1273 K, 2h
200 nm

STD + 20% Cold Rolled
1373 K, 1 h + 873 K, 20 h
SAA + 20% Cold Rolled

Solution Annealed, Cold-worked and Aged 1373 K, 1 h + 20% Cold
Decoration of dislocations with precipitates
Rolled + 873 K, 20 h
(Strain Aging)

−

−

TEM

B [0 0 1]

B [0 0 1]
tension

1

1
0 MPa

176 MPa

2

60 hr

60 hr

2

3

g [2 0 0]

g [1 -1 0]

g [1 1 0]

4

4

g [2 0 0]

g [1 1 0]
tensiontension5

176 MPa

250 MPa

5

60 hr

7

6 hr

g [2 0 0]

g [1 1 0]

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g [1 1 0]

g [2 0 0]

g [1 -1 0]

200 nm

7

8

8

6

6

g [1 -1 0]

2

3(ThermalControl)g [1 -1 0]

1200 nmᅗ  STD-CW ᮦࡢ࢔ࢽ࣮ࣜࣥࢢ࠾ࡼࡧࢡ࣮ࣜࣉኚᙧᚋ㌿఩⤌⧊ࡢࣂ࣮࣮࢞ࢫ࣋ࢡࢺࣝゎᯒࠋᅗ୰ࡢ
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a<100>
a<100>
a/2<111>a/2<111>
Unidentified
Unidentified

6 hr
176 MPa
STD

60 hr
250 MPa

6 hr

0 MPa

60 hr
0 hr

STD-CW46

6 hr
176 MPa
60 hr
130 hr
0 MPa

80 hr

176 MPa

80 hr

SA-A-CW

0

5

10

15

20

DislocationDensity(x1013/m2)

ᅗ  ㌿఩ᐦᗘ࡜ࣂ࣮࣮࢞ࢫ࣋ࢡࢺࣝศᯒࡢ⤖ᯝࡢࡲ࡜ࡵࠋtension㸲㸬◊✲⤌⧊
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and H. Watanabe, Dislocation Evolution
during Thermal Creep Deformation in
Annealed and Cold Worked V-4Cr-4Ti, 15th
International Conference on Fusion
Reactor Materials, Oct. 17-21, Charleston,USAg [1 1 0]

g [1 1 0]

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[3] H. Naitou, Y. Yamada, S. Tokuda, Y. Ishii, M. Yagi, Plasma and Fusion Research,
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[4] H. Naitou, Y. Yamada, K. Kajiwara, W.W. Lee, S. Tokuda, M. Yagi, Plasma Scienceand Technology, 13 (2011) pp.528-534.
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gyrokinetic PIC code, JIFT Workshop 2011, “The Next Stage in the Progress ofSimulation Science in Plasma Physics”, Dec. 2-3, 2011, NIFS, Toki, Japan.
4) ⠛⏣ె♸ࠊෆ⸨⿱ᚿࠊ⏣ෆὈ㸪ཎ⏣┤ᖾࠊ▮ᮌ㞞ᩄࠊᚨ⏣ఙ஧ࠊࢺ࣐࢝ࢡࢩ࣑࣮ࣗࣞࢩ
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6) H. Naitou, M. Yagi, S. Tokuda,”Global MHD simulation by the gyrokinetic PIC
code”, Twenty-Second International Conference on Numerical Simulations of
Plasmas, Long Branch, NJ, Sep. 7-9 (2011).
7) H. Naitou, M. Yagi, S. Tokuda, Recent progress of the kinetic internal kinksimulation by using Gpic-MHD code, 6th Japan-Koria Workshop on Theory and andSimulation of Magnetic Fusion Plasmas, NIFS, Toki, Japan, 28-29 July 2011.

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A. Takayama, S. Saitou, A. M. Ito, H. Nakamura, Naoaki Yoshida, ³&RPSDULVRQ RI 'DPDJHV RQ 7XQJVWHQ
Surface Exposed to Noble *DV 3ODVPDV´, 8th General Scientific Assembly of the Asia Plasma and Fusion
Association in 2011 (Guilin, China, Nov. 1-4, 2011).
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(Kanazawa, Japan, Nov. 22-25, 2011).

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Figure 1: A picture of the arc
trails on tungsten specimen.

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Figure2:

TEM

micrographs

of

the

nanostructured tungsten. (a) Without an
arc trail, (b) with an arc trail. (c) and (d) arethe

enlarged

images

of

the

TEM

 micrographs.
ᚑᨐႎ๔㧔⺰ᢥ㧘ቇળ⊒⴫╬㧕(1) Shin Kajita, Noriyasu Ohno, Naoaki Yoshida, Reiko Yoshihara and Shuichi Takamura “Arcing on tungsten
subjected to helium and transients: ignition condition and erosion rate”, Plasma Physics and Controlled
Fusion 54 (2012) in press.
(2) S. Kajita, N. Ohno, N. Yoshida, S. Takamura, “Tungsten Erosion by the Initiation of Unipolar Arcs in Nuclear
Fusion Devices”, in proceedings of 30th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (Belfast,
U.K., Aug. 28, 2011).
(3) Shin Kajita, Noriyasu Ohno, Shuichi Takamura, Masayuki Tokitani, Suguru Masuzaki, Naoaki Yoshida,
Takaki Hatae, Masakatsu Fukumoto, Kiyoshi Itami, “Revival of Arcing Issue in Fusion Reactors”, Plasma
Conference 2011 (Kanazawa, Japan, Nov. 22-25, 2011).

−−

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ヨᩱ䜢タ⨨䛧䛯䠊䜎䛯䠈⾲ 1 䛻䠈ᮏᐇ㦂䛻䛚䛔䛶᭚㟢䛧䛯
LHD 䝥䝷䝈䝬䛾䝣䝷䝑䜽䝇䠈↷ᑕ᫬㛫䛻䛴䛔䛶䛾᝟ሗ䜢䜎䛸䜑䛶♧䛩䠊ྲྀ䜚ฟ䛧䛯ᚋ䛾ヨᩱ䛿䠈ᛂ⏝ຊᏛ◊✲ᡤ䛻ᣢཧ䛧䠈㞟᮰䜲䜸䞁䝡䞊䝮ຍᕤほᐹ⿦⨨(FIB)䛻䜘䜛䝘䝜ᚤ⣽ຍᕤᚋ䠈㏱㐣ᆺ㟁Ꮚ㢧ᚤ㙾(TEM)䜢⏝䛔䛯ᚤ⣽ᵓ㐀ゎᯒ䜢ᐇ᪋䛧䛯䠊䛥䜙䛻䠈䝥䝷䝈䝬⢏Ꮚ䛻䜘䜛䝇䝟䝑䝍䝸䞁䜾ᦆ⪖㔞䛾䝖䝻䜲䝎䝹ศᕸ䜢ᑟฟ䛩䜛䛣䛸䜢┠ⓗ䛸䛧䠈
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Discharge type
Main plasma(almost H)
H-GDC
He-GDCNe-GDC

Expected
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ᅗ 1 ➨୍ቨࢺࣟ࢖ࢲࣝ࢔ࣞ࢖ヨᩱࡢ LHDࢺ࣮ࣛࢫ఩⨨ࡢタ⨨ሙᡤTypical discharge
Total shot [count]time for one shot [s]~1018~192

Total discharge
time [h]

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17

~10
ʊ
11
~1017
ʊ
13
~1017
ʊ
2
⾲ 1. ᮏᐇ㦂䛻䛚䛡䜛 LHD 䝥䝷䝈䝬ᐇ㦂䝟䝷䝯䞊䝍䠊
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132
43
15

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0
100
200
300
400
500
600
ᩱ䛷䛿䠈He 䝞䝤䝹䛻䜘䜛Ḟ㝗ᙧᡂ䜒ぢ䜙䜜䠈⃭䛧䛔⢏Ꮚ
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200nm~1000nm 䛾⠊ᅖ䛷኱䛝䛺ᕪ䛜䛒䜛䛣䛸䛜䜟䛛䜛䠊௨ୖ䛾⤖ᯝ䜘䜚䠈LHD ➨୍ቨ䛾ᦆ⪖⋡䛿䝖䝻䜲䝎䝹䛻୙ᆒ୍䛷䛒䜚䠈ᦆ⪖/ሁ✚䛾ᶵᵓ䛻䛿䠈䜾䝻䞊ᨺ㟁Ὑί᫬䛾
PWI 䛜῝䛟䛛䛛䜟䛳䛶䛔䜛䛣䛸䛜᫂䜙䛛䛻䛺䛳䛯䠊᮶ᖺᗘ䛿⥅⥆◊✲䛸䛧䛶䠈ᅗ 3 䛾 Ground ヨᩱ䛾䜘䛖䛺⾲㠃≧ែ䛻䛚䛔䛶Ỉ⣲ྠ఩యᤕᤊ≉ᛶ䛜䛹䛾䜘䛖䛻ኚ໬䛩䜛䛾䛛䛻䛴䛔䛶ᐇ㦂ⓗ᳨ド䜢ணᐃ䛧䛶䛔䜛䠊

Erosion depth [nm]

ᅗ 3 Floating 䛸 Ground Si ヨᩱ䛾᩿㠃 TEM ീ No. 1, 3, 5, 7 䛾ヨᩱ

1000
800
600
400
200
0

1

2

3

4

5

6

7

8

Troidal section No.

910

ᅗ 4 Ground SUS316L ヨᩱ䛾ᦆ⪖῝䛥䛾䝖䝻䜲䝎䝹ศᕸ

Reference[1] M. Tokitani et al., J. Nucl. Mater. 386–388 (2009) 173
䛆ᡂᯝሗ࿌䛇㻌
“Evaluation of the Microscopic Damage and Erosion/Deposition Profiles on the LHD First-Wall by Using
Toroidal Array Probes”, M. Tokitani et al., 15th International Conference on Fusion Reactor Materials
Charleston, South Carolina USA, October 16-22, 2011−−㓟໬≀࣭❅໬≀⤖ᬗ࡟࠾ࡅࡿ↷ᑕḞ㝗ᙧᡂ࠾ࡼࡧࡑࡢᏳᐃᛶ஑኱ᕤ Ᏻ⏣ ࿴ᘯ䠈㧗ᮌ ⪷ஓ(㝔䠅䠈℈ᓮ ⩏அ䠄㝔䠅䠈ᯇᮧ ᬗ䠈஑኱ HVEM ᒣᮏ▱୍
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− 1 −

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Low Irradiation
Heavy Irradiation
HT after LIWCu

HT after HI
0.0

200.0

400.0

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1000.01200.0

Bending s trength [MPa]Fig.1 Dynamic hardness change of JT-01W/Cu joint. Fig.2 Bending strength of JT-01W/Cu joint.

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4.

5.

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1) ዊ็㓉ਯ‫ޔ‬ゞ↰ ੫‫ޔઁޔ‬ᣣᧄᯏ᪾ቇળ㑐᧲ᡰㇱ╙ 19 ࿁⨙ၔ⻠Ṷળ⻠Ṷ⺰ᢥ㓸‫⨙ޔ‬ၔᄢቇ‫ޔ‬(2011.8.26), pp.159-160.
2) ዊ็㓉ਯ‫ޔ‬ゞ↰ ੫‫ޔઁޔ‬㌃෸߮㌃ว㊄ᛛⴚ⎇ⓥળ╙ 51 ࿁⻠Ṷᄢળ᭎ⷐ㓸‫ޔ‬੩ㇺ࠹࡟ࠨ‫ޔ‬(2011.11.14-15), p.81.
3) ゞ↰ ੫‫ޔ‬Mohd Yusairy‫ޔ‬ᷰㆺ⧷㓶‫ޔઁޔ‬㌃ߣ㌃ว㊄‫ޔ‬㌃ߣ࠲ࡦࠣࠬ࠹ࡦߣߩធว᧚ߩ⎬ߐߣ⚵❱ߦ෸߷ߔࠗࠝࡦᾖ኿ലᨐ‫ ╙ޔ‬50 Ꮞ 1 ภ, (2011), pp.110-114.

− 2 −ήᰳ㒱ធวߦࠃࠅ૞⵾ߐࠇߚ࠲ࡦࠣࠬ࠹ࡦ㧛㌃ធว᧚ᢱߩᾲ⽶⩄․ᕈ⨙ၔᄢቇᎿቇㇱ ゞ↰ ੫
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Fe-8Cr-2W㧕ߩ⴫㕙ߦࡊ࡜࠭ࡑṁ኿ᴺ㧔PS ᴺ㧕ߦࠃࠅ W ࠍ 1mm ⵍⷒߒ‫ߦࠄߐޔ‬ౝᓘ 7mm ߩ಄ළ▤ઃ߈ή㉄⚛㌃㧔OFHC㧕ߦಃ㊄ធวߒߚ‫ޕ‬ታ㛎ߢߪ‫᧚ࠢࡦࠪ࠻࡯ࡅޔ‬㧔OFHC㧕ࠍᒝ೙಄ළߒߚ⁁ᘒߢ‫᧚ࡑ࡯ࠕޔ‬㧔W㧕⴫㕙ߦ㔚ሶࡆ࡯ࡓട
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2.

Fig.1

1/4 model of W/F82H/OHC joint.

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3.

− 1 −

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Fig.2

Electron beam heating test of W/F82H/OFHC joint.

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4.

5.

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6. ⎇ⓥᚑᨐႎ๔
1) ၳ↰ᥓብ‫ޔ‬ᓼ᳗๺ବ‫ޔ‬ゞ↰(2011.9.19-22),G05.

੫‫ޔઁޔ‬ᣣᧄේሶജቇળ 2011 ⑺ߩᄢળ‫ޔ‬ർ਻Ꮊ࿖㓙ળ⼏႐,− 2 −ゾーンプレートを使った QUEST プラズマ計測
電気通信大学竹田辰興【目的】磁気閉じ込めプラズマの実験的研究においては電磁波計測が有効で、中でも可視光を中心とする画像計測は重要である。本研究はゾーンプレートによるプラズマ画像計測法の開発を目的とする。
【研究概要】ゾーンプレート（ZP）は、ガラスレンズ等が屈折によって光を収束するのと異なり、回折と干渉によって光を収束させる光学素子である。ZP を用いると極めてソフトでコントラストの弱い写真が撮れるのが普通である。これは、ZP による解像度が低い訳ではなく、回折されずに像面に届く背景光のためである。点光源の像の解像度自体はゾーン数を多くすることによって大きくすることができる。X 線や短波長紫外線等の収束のためにはガラスレンズが使えないので ZP が広く有効利用されているが、可視光の場合にはガラスレンズによって鮮明な画像が簡単に得られるので今まで物理実験等の計測方法として利用されることがなかったようである。光学素子としての ZP の特徴は次のように整理できる。①ガラスレンズと違い光線が通る経路を真空にできる、②焦点距離が光の波長に逆比例するのでガラスレンズに比べて分散がきわめて大きな素子ができる、③ゾーン数を増やすと解像度が増加し、焦点深度、被写界深度が浅くなる。このうち、①の特徴は、既に記したように、可視光以外の計測分野で有効利用されている。②の特徴に関しては、分散の向きが通常のガラスと逆であることを利用した超高性能色消しレンズが可視光分野での利用例の一つである。本研究では特徴②および③に焦点を当て、ZP の QUEST プラズマ計測に利用する方法を研究する。具体的には、なるべく浅い被写界震度でプラズマの Hα 線による像を撮影することである。
今年度は、ZP の設計と基本的性能の分析、自然光下での（プラズマ以外の）被写体撮影による特徴②および③の検討、問題点および今後の課題の検討、を行った。これらについて記す。
ZP の設計と基本性能の解析：ZP にはいくつかの変種があるが、基本的な「フレネル型ゾーンプレート（FZP）」はプレート面上に同心円状の透明領域と不透明領域を交互に設けたものである（図１、黒い部分が透明）。n 番目の同心円の半径 rn は、同位相で透明領域を出た光が焦点面上で強め合うよ
うな条件によって求められるので、波長 λ の光に対して焦点距離 f をもつ ZP では rn =nλf となる。したがって、同じ ZP については、 λf は一定値である。このような ZP の収束性能を調べるには、平行光線が ZP に入射するときにプレートから z の位置にある像面上の半径 R の点における光の強度 U(R,z) を示す次式を計算すればよい。
M

U(R,z) = ∑U m (R,z), U m (R,z) =
m =1

1
z
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∫∫λ Am ρ 2

1
2π
2
2
2
k=
, ρ = [ z + R + r − 2Rr cosθ ] 2
λ

ここでは光軸上無限遠にある点光源の（軸対称な ZP による）像を考えているので像面上の位置も R−−

だけの関数になっている。ゾーン数、焦点距離、設計波長を変えてこの計算を行い、点光源像の広がり、焦点深度、色収差の大きさを求めて、本研究の基礎資料とした。図２〜図３は設計波長 550 nm、
焦点距離 100 mm の ZP についての計算の例である。
実際の撮影での焦点深度、色収差の検討：デジタル一眼レフカメラ Olympus E-510 に ZP を装着して赤(R)・緑(G)・青(B)および黄(Y)のラベルで作ったテストパターン（図４）を撮影して被写界深度
およびその光の波長依存性について調べた。なお、ZP は波長 550 nm 用に設計したもので像面までの距離は b=200 mm に固定してある。撮影は a=150~350 mm について行った。図５、６に結果の例を示す。カラーラベルが反射している波長分布が不明なので定量的比較はできないが図３と矛盾のない結果が得られた。なお、写真の右側の円弧と中央の白点は鏡筒内の反射防止処理が不足しているためである。
問題点と今後の課題：ZP の特徴を生かした可視光画像計測の可能性は理論計算およびモデル撮影で示されたが、磁気閉じ込めプラズマの画像計測に適用するにはいくつかの課題を解決する必要がある。
大きな問題は背景光によるコントラストの低下である。対策はいくつか考えられるが一層の研究が必要であろう。次に重要なのは明るさの確保である。ゾーン数を増やせば解像度が上昇するとともに明るくもなるが、背景光も増加するという困難もある。この対策についても研究が必要である。


図１：ZP の例

図２：被写界深度のゾーン数依存性

図３：被写界深度の波長依存性

ゾーン数：19

ゾーン数（上から 59,39,19） f=100mm, b=200mm, RGBY

図４

図５

テストパターン

a=200 mm−

図６−a=300 mmࢺࣜࢳ࣒࢘ࣉࣛࢬ࣐↷ᑕࡋࡓ᰾⼥ྜ⅔ᮦᩱ୰ࡢỈ⣲ᣑᩓ࣭ᤕ⋓ᣲື࡟㛵ࡍࡿ◊✲஑ᕞ኱Ꮫ࣭⥲ྜ⌮ᕤᏛ◊✲㝔⏣㎶ ဴᮁ࠙┠ⓗࠚ ḟᮇ᰾⼥ྜ⅔ࡢ➨୍ቨೃ⿵ᮦᩱ࡛࠶ࡿపᨺᑕ໬ࣇ࢙ࣛ࢖ࢺ࣭࣐ࣝࢸࣥࢧ࢖ࢺ㗰㸦F82H㸧࡟ࢱࣥࢢࢫࢸࣥ㸦W㸧ࢆ⿕そࡍࡿࡇ࡜ࡀ᳨ウࡉࢀ࡚࠸ࡿࠋᮏ◊✲࡛ࡣࠊࣉࣛࢬ࣐࠿ࡽධᑕࡋࡓࢺࣜࢳ࣒࢘ࡀ
W ⿕そᒙ࠾ࡼࡧ F82H ᇶᯈ࡟࡝ࡢࡼ࠺࡟㐍ධࡋࠊ⵳✚ࡉࢀࡿࡢ࠿ࢆ᫂ࡽ࠿࡟ࡍࡿࡇ࡜ࢆ┠ⓗ࡜ࡋࠊW ⿕
そᒙ⾲㠃࡟ DC ࢢ࣮ࣟᨺ㟁࡟ࡼࡾࢺࣜࢳ࣒࢘ࢆྵࢇࡔỈ⣲ࢆὀධࡋࠊ⿕そᒙ࠾ࡼࡧᇶᯈ୰ࡢࢺࣜࢳ࣒࢘
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࠙ᐇ㦂ࠚ ኱Ẽᅽࣉࣛࢬ࣐⁐ᑕ㸦APS㸧ἲࡲࡓࡣῶᅽࣉࣛࢬ

Plasma-exposed area

SampleT, H atoms & ions࣐⁐ᑕ㸦VPS㸧ἲ࡟ࡼࡗ࡚ࠊW ⢏Ꮚࢆ F82H ᇶᯈ㸦2.6 mm
ཌࡉ㸧ୖ࡟ 1 mm ཌࡉ࡟࡞ࡿࡼ࠺࡟✚ᒙࡉࡏࡓࡶࡢࢆヨᩱ㸦3.6 mm ཌࡉ㸧࡜ࡋ࡚⏝࠸ࡓࠋ௨ᚋࠊAPS-W/F82H ࠾ࡼࡧ
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T concentration (arb. unit)

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453 K
573 K

10

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1. Behavior of tritium in plasma-sprayed tungsten coating on steel exposed to tritium plasma, T. Otsuka, T. Tanabe
and K. Tokunaga, 13th International Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion
Applications, Rosenheim, Germany, 11 May 2011, 9-13 May 2011, P37B
2. I. ࣉࣛࢬ࣐ᑐྥቨ࡜ࡋ࡚ࡢࢱࣥࢢࢫࢸࣥ୰ࡢࢺࣜࢳ࣒࢘ᣲື(6) ࢺࣜࢳ࣒࢘ࣉࣛࢬ࣐࡟᭚ࡉࢀࡓࢱࣥ
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1. Behaviour of tritium in plasma-sprayed tungsten coating on steel exposed to tritium plasma, T. Otsuka, T.
Tanabe, K. Tokunaga, Phys. Scr. T145 (2011) 014035.

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T. Miyazawa, T. Nagasaka, Y. Hishinuma,
T. Muroga, H. Watanabe, Effects of oxygen
impurity and Y addition on the irradiation
hardening of low activation vanadium alloys,
27th Symposium on Fusion Technology, Sep.

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[1] S. Nishimura et al., Plasma Fusion Res. 6 2403119(2012).
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blob in SOL’, U.S. Transport Task Force Workshop, San Diego, USA, Apr. 5-9, 2011.
[2] M. Yagi, “LIA activity in Kyushu University”, Seminar in University of Provence, France,
May 27, 2011.
[3] M. Yagi, S.Inagaki, S.-I. Itoh and K. Itoh, “Simulation study on non-local transport intoroidal plasmas’, 1st Asia-Pacific Transport Working Group International Conference, NIFS, June
14-17, 2011[4] M. Yagi, S. Inagaki, S.-I. Itoh and K. Itoh, “Non-local transport simulation based on RMHD
model”, US-Japan WS on “Hierarchical Self-Organization of Turbulence and Flows in Plasmas,
Oceans and Atmosphere”, Kyoto University, Oct 24-26,2001.
[5] M. Yagi, K. Shimizu, T. Takizuka, M. Honda, N. Hayashi, K. Hoshino and A. Fukuyama, “Simulation
study of L/H transition with self-consistent integrated modeling of core and SOL/Divertor
transport”, 13th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices, South Lake Tahoe,
USA, Sep.19-21, 2011.
[6] M. Yagi, “Perospects for Fusion Simulation Research using BA IFERC-CSC (invited)”, APFA2011,
Guillin, China, Nov.3, 2011.
[7] ▮ᮌ㞞ᩄࠊ”JAEA ࡟࠾ࡅࡿ CSC ࡟ྥࡅࡓ⌮ㄽࢩ࣑࣮ࣗࣞࢩࣙࣥ◊✲”ࠊࢩ࣏ࣥࢪ࣮࣒ࣗ͆TER BA CSC
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Physical Society of Japan, Annual Meeting, Kwansei Gakuin Univeristy, March 25, 2011.

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1.

M. Miyamoto, D. Nishijima, M.J. Baldwin, R.P. Doerner, Y. Ueda, K. Yasunaga, N. Yoshida, K.
Ono, ´0LFURVFRSLF GDPDJH RI WXQJVWHQ H[SRVHG WR GHXWHULXP²helium mixture plasma in
3,6&(6 DQG LWV LPSDFWV RQ UHWHQWLRQ SURSHUW\µ, Journal of Nuclear Materials, 415 (2011)
S657-S660

2.

K. Ono, M. Miyamoto, T. Nakano, Y. Hiraoka, ´7HPSHUDWXUH GHSHQGHQFH RI WKH UHIOHFWLYLW\degradation in single and polycrystalline Mo mirrors under the irradiation with low-energy
KHOLXPLRQVµ, Journal of Nuclear Materials, 415 (2011) S1214-S1217

3.

T. Nakano, M. Miyamoto, S. Hasuike, K. Ono, N. Yoshida, ´'HJUDGDWLRQRIRSWLFDOSURSHUWLHVLQ
0RPLUURUVXQGHULUUDGLDWLRQZLWKORZHQHUJ\KHOLXPDQGGHXWHULXPLRQVµ, Journal of Nuclear
Materials, 417 (2011) 834-837

z

Ꮫ఍Ⓨ⾲➼

1.

M. Miyamoto, K. Ono, M. Tokitani, A. Sagara, H. Iwakiri and N. Yoshida, ´Degradation of
Optical Properties in Metal Mirrors under Irradiation and Its Applicability Evaluation to
In-situ Diagnostics of Microstructure Change in Plasma Facing Materialsµ, 15th International
Conferences on Fusion Reactor Materials, 2011.10, Charleston, South Carolina, USA
ᐑᮏග㈗, 㞼ฟ⪽, 㧗ᒸᏹග, ᑠ㔝⯆ኴ㑻, ᫬㇂ᨻ⾜㸪㺀࣒࣊ࣜ࢘࢖࢜ࣥ↷ᑕࡋࡓ࣑࣮ࣛᮦᩱ࡟࠾ࡅ
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2.

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金沢大学理工研究域

上杉喜彦

１．はじめに
低 Z 材であるグラファイトは、長い間、核融合実験装置のダイバータ板および第１壁材として用いられているが、炭素材特有の化学スパッタリングによる損耗や核融合燃料であるトリチウムの炉壁炭素材および炭素ダストへの物
理・化学的吸蔵が問題視され、ダイバータ板材料としては高融点金属材であるタングステンに取って代わられようとしている。しかしながら、タングステン材は、水素・ヘリウム照射によるブリスタリングやバブル形成、高い熱衝撃による溶融・ドロップレット・クラックの発生等、将来の核融合炉ダイバータ板材料として使用するには問題点も多いのが現状である。核融合炉ダイバータ材料開発研究の大半がタングステン材使用に向けて行われる中で、本研究はグラファイト材の欠点とされるトリチウム吸蔵を制御・抑制するための基礎物理・化学過程の解明とその手法の開発を行うことを目的としている。
これまでに，低エネルギー水素原子照射による炭素材損耗とそのとき生成されたダスト粒子の数密度と粒子径を評価した。さらに，アルゴン / 水素混合プラズマに窒素ガスを導入し，炭素材に対してアルゴン / 水素 / 窒素混合プラ
ズマ照射実験を行った結果，ダスト微粒子形成は抑制されることがわかった。しかし，これまでの照射実験は，シースガスとして使用しているアルゴンガスは水素に対し 30 倍程度導入し，高気圧領域での照射という問題がある。そこで今回は，より現実に近い条件下でも窒素混入によるダスト成長の抑制効果がみられるか調べるために，高真空装
置 Heliotron-DR を用いて照射実験行った。Heliotron-DR 装置を用いることで，低圧力下における定常純水素プラズマを生成することが可能である。ただし，炭素不純物の供給源として今回の実験はメタンを用いている。そして，高周波誘導熱プラズマ装置と Heliotron-DR 装置を用いたダスト微粒子形成の実験結果を比較検討する。プロセッシングプ
ラズマの分野では窒素の導入によってアモルファス水素化炭素（a-C:H）膜の形成が大きく抑制されることが知られており，それを共堆積層の除去に応用した研究が近年行われている。そこで本研究では，窒素の導入が炭素ダスト形
成へ及ぼす影響について検討を行った。
２．Heliotron-DR を用いた炭素膜成長制御実験
図 2 に Heliotron-DR 装置概要とプラズマ生成と照射実験に関係する主要機器の配置を示す。Heliotron-DR 装置は高周波誘導熱プラズマ装置と比べ低いガス圧（~1 Pa 以下）で，定常水素プラズマ生成が可能である。プラズマ照射の実験条件は，電力 定常 2.3 kW + パルス 1 kW (100 μ sec-1msec)，ヘリカル磁場 200 G，トロイダル磁場 40 G，ガ
ス流量は水素ガスを 20 sccm，メタンガスを 1 sccm, 窒素ガスを 0~1 sccm とした。このときガス圧力は〜 0.4 Pa(3mTorr) である。照射時間は 10 時間としている。以上の実験条件のもと，水素 / メタン混合プラズマ照射と水素 / メ
タン / 窒素混合プラズマ照射実験を行う。メタンガスはダ
スト形成の起因となる炭素系粒子を有するプラズマを形成するために導入した。照射ターゲットには照射後の試料表面が観測しやすいようにシリコンを用いた。ターゲット
表面温度の制御は照射台にヒーターを取り付けることで行
い，基板表面温度は照射台に設置した熱電対により測定した。また Heliotron-DR を用いて照射されるプラズマの電子温度および密度は装置に設置した静電プローブにより測16-3定した。電子温度および密度はそれぞれ 5-10 eV，~10 mである。以上の条件のもとで，生成したプラズマは分光観測および QMS（四重極型質量分析計）により評価を行った。また，走査型電子顕微鏡（SEM）によりプラズマ照射
後のターゲット表面に形成したダストを観測した。炭素膜
図１については分光エリプソメータと触針式表面形状測定器−−

Heliotron-DR 装置概要図

（Dektak）を用いて，膜厚の評価を行った。
３．実験結果3.1

水素 / メタン混合プラズマと水素 / メタン / 窒素混合プラズマの分光観測

図２に水素 / メタン，水素 / メタン / 窒素プラズマの分光観測，図３に水素 / メタン，水素 / メタン / 窒素プラズ
マの Mass スペクトルをそれぞれ示す。窒素を添加することで分光観測より CN，NH 分子スペクトルの発光強度が増加していた。また，QMS 測定より CN，HCN，NHx 分子スペクトル強度が増加していた。ここで，C‒H‒N 粒子系においては炭素が関与する結合の中で C ≡ N 結合の結合エネルギーが最も高い（C‒H：435 kJ/mol，C ≡ C：838 kJ/
mol，C ≡ N：887 kJ/mol）。三重結合をもつ CN ラジカル（‒C ≡ N）の形成は炭素原子同士の凝集を抑制すると考えられ，安定な分子として揮発性の HCN や C2N2 を形成する。つまり，窒素添加による炭素ダスト形成の抑制がもたらされた要因として，損耗生成物が HCN や C2N2 を形成し，ガスとなって装置外へ排気されたことが考えられる。
CN の生成過程には主として次の二つの過程が考えられる：(1) 炭化水素分子と窒素原子との気相反応，(2) 窒素原子による堆積した炭素膜の化学スパッタリング（揮発性の CN や HCN，C2N2 を生成）
。真空容器内は炭素膜が堆積するターゲット表面に比べはるかに大きい。そのため HCN 分子は，上記で述べた (1) の過程で多量に生成されていると考えられる。この結果は，CN 結合形成による炭素の凝集を抑制するだけでなく，水素を揮発性の HCN として装置外へ排出可能なことを示しており，炭素材の大きな欠点である水素同位体吸蔵が抑制される可能性がある。
3.2

炭素膜厚およびダスト粒子径の表面温度依存性

図３(a) にシリコン表面に堆積した炭素膜厚の表面温度依存性，図３(b) にシリコン表面に堆積した炭素ダスト粒子
径の表面温度依存性を示す。低気圧領域でも窒素を混入することにより炭素膜は薄くなり，ダスト粒子径も小さくな

ダスト粒子径も大きくなった。ターゲットの基板温度が高いと，炭素間の結合が進むことにより，揮発性の分子（HCN, NH3 等）を作る反応が促進される結果，膜生成に到らないと考えられる。逆にターゲットの基板温度が低いと，炭素間の結合に窒素が加わりつつ炭素膜やダストが成

0.3

Radiation intensity [a.u.]

る結果が得られた。ただし，320 K では窒素添加により膜厚が厚くなり

0.2

HF

HG

਍ ৒

CN

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2

NH

0.1

N થ ॉ
2

長していくので見かけ上，炭素の膜厚が厚くなっていると考えられる。
つまり，窒素添加の効果は，〜 400 K 以上で炭素膜成長の抑制はみられるが，ターゲットの基板表面の温度に強く依存することが確認できた。
４.

まとめ

0.0
300

400

500

600

700

Wavelength [nm]図２水素 / メタンおよび水素 / メタン / 窒素
プラズマの可視分光観測例

本研究ではダスト形成基礎過程を理解するとともに，炭素ダスト生成抑制手法を開発することを目的とした。そこで，高周波誘導プラズマ装置を用いて炭素材にアルゴン / 水素混合プラズマ照射による炭素材損耗およびダスト形成，窒素を用いた炭素ダスト生成の抑制手法について検討した。また Heliotron-DR 装置を用いて ~1 Pa 程度の低気圧領域での窒素添加による炭素膜およびダスト成長の抑制効果について検討した。炭素膜およびダスト形成には照射時の表面温度が重要なパラメータとなってダストの数密度や粒子径，形状が変化することが明らかとなった。窒素添加の効果は，照射中のシリコン基板温度が〜 350 K 以上で炭素膜成長の強い抑制はみられた．炭素，水素，窒素からなる系では各原子間の結合エネルギーにおいて，C ≡ N の抑制が炭素膜成長と炭素ダスト形
成抑制の主たる原因ではないかと考えられる。
５.

研究成果発表(1)「H-C-N 反応性分子を有する低温プラズマ中における炭素凝集と水素吸蔵の制御 [1]」，高井裕一郎，佐々木彩，上杉喜彦，田中康規，石島達夫，

24P046-P, Plasma Conference2011, Kanazawa, 2011.
(2)「H-C-N 反応性分子を有する低温プラズマ中における炭素凝集と水素吸蔵の制御 [2]」，佐々木彩，高井裕一郎，上杉喜彦，田中康規，石島達夫， 図３

窒素添加による炭素膜と炭素微粒子
成長抑制効果24P045-P, Plasma Conference2011, Kanazawa, 2011.

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Thermal re-emission behavior of hydrogen isotopes retained in fusion reactor materialsྡᇛ኱Ꮫ⌮ᕤᏛ㒊 ᅵᒇ ᩥ
Bun Tsuchiya
Faculty of Science and Technology, Meijo Univ.

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1.7 MV ࢱࣥࢹ࣒ຍ㏿ჾ࠿ࡽࡢ 2.8 MeV He2+࢖࢜ࣥࢆࣉ࣮ࣟࣈࣅ࣮࣒࡜ࡋࡓ ERD ἲ࡟ࡼࡾࠊヨᩱ୰࡟྾཰ࡉࢀࡓỈ⣲(H)ࡢ⃰ᗘࢆ ᐃࡋࡓࠋᤕᤊ H ⃰ᗘ࠾ࡼࡧ㔜㔞ࡀ୍ᐃ࡟࡞ࡗࡓᚋࠊࡇࢀࡽࡢヨᩱࢆ┿✵ෆ࡛ᐊ ࠿ࡽ⣙ 673㹼773 Kࡲ࡛ຍ⇕ࡋ࡚ࠊERD ἲ࠾ࡼࡧ TDS ἲ࡟ࡼࡾᤕᤊ H ⃰ᗘ ᐃ࠾ࡼࡧᨺฟ࢞ࢫ✀ࡢุูࢆࡑࢀࡒࢀ⾜ࡗࡓࠋᐇ㦂⤖ᯝ࠾ࡼࡧ⪃ᐹ ERD ἲ࡟ࡼࡾᚓࡽࢀࡓ Li2ZrO3 ヨᩱ୰ࡢ H ࡢ⃰ᗘศᕸࢆᅗ 1(a)࡟♧ࡍࠋᅗ 1 ୰ࡢ 298 K ࡢࢫ࣌ࢡࢺࣝࡣヨᩱస〇ᚋࡢヨᩱ୰ࡢ H ⃰ᗘศᕸࢆ♧ࡍࠋỈ(H2O)ࡀヨᩱస〇᫬࡟ΰධࡋࠊ᱁Ꮚ㛫 H ཎᏊࠊỈ㓟ᇶ(-OH)࠶ࡿ࠸ࡣ H2O ➼ࡢᙧ≧࡛྾཰ࡉࢀ࡚࠸ࡿ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋ333㹼423 K ࡟࠾ࡅࡿ ERD ࢫ࣌ࢡࢺࣝࡣࠊヨᩱࢆྛ ᗘ࡛⣙ 10 ศ㛫ࡢ➼᫬ຍ⇕ࢆ⾜ࡗࡓᚋ࡟ ᐃࡉࢀࡓࠋ῝ࡉ࡟ᑐࡍࡿ H ⃰ᗘࡣ ᗘୖ᪼࡜࡜ࡶ࡟࡯ࡰྠ⛬ᗘ࡛ῶᑡࡍࡿࡇ࡜
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100

1.2

(a)
298 K
333 K
353 K
363 K
373 K
423 K

Fraction of Retained H

ERD spectra
Li2ZrO3
isochronal annealing for 10 min.

50

0
100

150

200

250

300

Channel Number

350

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

400

(b)
Li2ZrO3
isochronal annealing for 10 min.
normalized H 50-379ch
as-recieved(first)normalized H 120-379ch
as-recieved(second)normalized
H 120-379ch
after
air
exposure (first)
normalized
H 120-379ch
after
air
exposure (second)

300

350

400

500

550

Temperature

450

(K)

600

650

ᅗ 1 (a)ᐊ ࠿ࡽ 423 K ࡲ࡛ຍ⇕ࡉࢀࡓ Li2ZrO3 ࡢ ERD ࢫ࣌ࢡࢺࣝࠊ(b) Li2ZrO3 ୰ࡢᤕᤊ H⃰ᗘࡢ ᗘ౫Ꮡᛶࠋ

−

−

700

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ࡧ(b)࡟♧ࡍࠋ῝ࡉ࡟ᑐࡍࡿ H ⃰ᗘࡣࠊ⣙ 500 hrs ࡲ࡛ࡣ࡯ࡰ
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5.0
4.0
3.0

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Li2ZrO3
Li
ZrO3
2

2.0
1.0
0.0

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exposure to air at R.T.

0

1000

2000

3000

Exposure Time

(hrs)

4000

ᅗ 2 ᐊ ࡛኱Ẽ୰࡟᭚ࡉࢀࡓ Li2ZrO3 ࡢ㔜㔞ኚ໬࡜ࡢ཯ᛂ࡟ࡼࡾ OH ᇶࡀᙧᡂࡉࢀࠊࣂࣝࢡ࡜ヨᩱ⾲㠃ࡢᤕᤊ H ⃰ᗘࡢศᕸ࡟ኚ໬ࡀ⏕ࡌࡓ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋ
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60
50

ERD spectra, Li 2ZrO3
exposure to air at 294 K and 30 %R.H.

(b)

Li 2ZrO3
air up-taken at 294 K and 30 %R.H.

7000

187 days (4488 hrs)
22 days (528 hrs)
6 days (144 hrs)

6000

Counts40

Counts

8000

(a)

30

5000
4000
3000

20

2000
10
0

1000
100

150

200

250

300

Channel Number

350

0

400

0

1000

2000

3000

Exposure Time

(hrs)

4000

ᅗ 3 (a)ᐊ ࡛኱Ẽ࡟᭚ࡉࢀࡓ Li2ZrO3 ࡢ ERD ࢫ࣌ࢡࢺࣝࠊ(b) Li2ZrO3 ୰ࡢᤕᤊỈ⣲⃰ᗘࡢ✵Ẽᭀ㟢᫬㛫౫Ꮡᛶࠋຍ⇕ࡋࠊヨᩱ࠿ࡽᨺฟࡉࢀࡿ࢞ࢫ✀ࡢุูࢆ⾜ࡗࡓࠋᚓࡽࢀࡓ TDS ࢫ࣌ࢡࢺࣝࢆᅗ 4 ࡟♧ࡍࠋLi2ZrO3 ୰࡟྾཰ࡉࢀ
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2 ẁ㝵ࡢ H ᨺฟࡣࠊ2 ✀㢮ࡢࢺࣛࢵࣉࢧ࢖ࢺࡀᏑᅾࡍࡿࡇ࡜ࢆ♧ࡋࠊ➨ 1 ẁ㝵ࡣ Li ࠶ࡿ࠸ࡣ Li Ỉ㓟໬≀(LiOH)ࡢ࿘
ࡾ࡟྾╔ࡋࡓ H2O ࡢ⬺㞳ࠊ➨ 2 ẁ㝵ࡣ H ཎᏊࡢ᱁Ꮚ㛫࠿ࡽࡢ

10-8࡟࡞ࡿ࡜ N2ࠊCOࠊCO2 ࡢᨺฟࡶほ ࡉࢀࡓࠋࡇࢀࡽࡢ࢞ࢫ✀ࡶ H2O ࡜ྠ᫬࡟኱Ẽ୰࠿ࡽヨᩱ୰࡟྾཰ࡉࢀ࡚࠾ࡾࠊ
㔜㔞ቑຍࡢ๭ྜࢆ㧗ࡵ࡚࠸ࡿせᅉ࡛࠶ࡿ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋࡲ࡜ࡵ ┿✵ෆ࡛⣙ 473㹼673 K ࡲ࡛ຍ⇕ࡋ࡚ṧ␃Ỉ⣲ࢆྲྀࡾ㝖࠸ࡓ Li2ZrO3 ヨᩱࢆᐊ ࡛✵Ẽ୰࡟ᨺ⨨ࡋࡓࠋ㔜㔞ἲ࠾ࡼࡧ
ERD ἲࢆ⏝࠸࡚ࠊLi2ZrO3 ࡢ㔜㔞ࡀ⣙ 500 hrs ࡢ✵Ẽᭀ㟢᫬㛫࡛⣙ 3 wt%ࡲ࡛ቑຍࡋࠊࡉࡽ࡟ H ⃰ᗘࡀቑຍࡍࡿࡇ࡜ࢆุ᫂ࡋ
ࡓࠋࡲࡓࠊTDS ἲ࠾ࡼࡧ ERD ἲ࡟ࡼࡾࠊ྾཰ࡉࢀࡓ H ࡣ⣙
323 K ࡢప ࠿ࡽ HࠊH2 ࠾ࡼࡧ H2O ࡢᙧ≧࡛ᨺฟࡋጞࡵࠊᤕ
ᤊ H ⃰ᗘࡣ⣙ 423 K ࡛ 10 %௨ୗࡲ࡛ῶᑡࡍࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ
−−Sensitivity, Current (A)⬺㞳ࡀᚊ㏿࡛⏕ࡌࡿ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋࡲࡓࠊᅗ 4 ࠿ࡽ 500 K ௨ୖ

Li2ZrO3, air exposure
H2O(18)N2, CO(28)16 K/minCO2(44)H(1)H2(2)
CH4(16)

10-9
10-10
10-11
10-12
10-13

300

400

500

600

Annealing Temperature (K)

700

800

ᅗ 4 ຍ⇕ࡉࢀࡓ Li2ZrO3 ࠿ࡽࡢᨺฟ࢞ࢫ✀ࡢᗘ౫Ꮡᛶࠋࢱࣥࢢࢫࢸࣥΰྜሁ✚ᒙ࡟࠾ࡅࡿⅣ⣲㺃࣒࣊ࣜ࢘࡜↷ᑕḞ㝗ศᕸ࡜Ỉ⣲ྠ఩య⁫␃ᣲືࡢ┦㛵㛵ಀ㟼ᒸ኱Ꮫ ⌮Ꮫ㒊

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[ᐇ㦂᪉ἲ]
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(a)

(b)

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Yoshida, Yuji Hatano and Kenji Okuno, “Dynamics of hydrogen isotope trapping and detrapping for tungsten undersimultaneous triple ion (C+, D2+ and He+) implantation”, Journal of Nuclear Materials, 415 (2011) S701-S704.
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Masato Suzuki, Makoto Kobayashi, Junya Osuo, Akiko Hamada, Katsushi Matsuoka, Naoko Ashikawa, Akio Sagara,
Naoaki Yoshida, Mitsutaka Miyamoto, Kotaro Ono, Yasuhisa Oya and Kenji Okuno, “Recycling and retention
behaviors of hydrogen isotopes implanted into tungsten-carbon mixed layer”, Fusion Engineering and Design(ISFNT-10).

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Modeling Task Force (ITM-TF) ࡀ 2003 ᖺᮎ࡟Ⓨ㊊ࡋࠊ2004 ᖺึࡵ࠿ࡽάືࢆ㛤ጞࡋ࡚࠸ࡿࠋᅜෆ
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organized by Y. Todo and C. M. Ryu)
US-Japan JIFT workshop on “Integrated Modeling and Simulation of Toroidal Plasmas” (GA, San Diego,
12-14, March 2012, organized by A. Fukuyama and V. Chan)஑ᕞ኱Ꮫᛂ⏝ຊᏛ◊✲ᡤඹྠ◊✲᰾⼥ྜ◊ඹྠ◊✲ࠊཎᏊຊ◊✲ᶵᵓඹྠ◊✲୰ᮇⓗࢧ࣏࣮ࢺࡀᚲせ⌮ㄽ࣭ࢹ࣮ࢱゎᯒ࣭ࢥ࣮ࢻ㛤Ⓨ㸸ⱝᡭ◊✲⪅ཧ⪃㈨ᩱ
10th Burning Plasma Simulation Initiative (BPSI) Annual Meeting (15-16) combined with Modelingand Simulation Sub-Cluster Meeting
Dec. 15-17, #W601, Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University−−

Dec 15 (Thursday)(MHD)

Chair M. Yagi

9:00-9:10 M.Yagi/A. Fukuyama, Opening Remarks
9:10-9:40 A. Ishizawa, Island dynamics with finite ion temperature effect
9:40-10:10 S. Nishimura, Nonlinear dynamics of magnetic islands in a helical plasma
10:10-10:40 J. Shiraishi, Development of resistive wall mode analysis code for flowing plasmas
10:40-11:00 Coffee Break(GK)
11:00-11:40 T.S. Hahm, Recent Progress in Tokamak Momentum Transport and Intrinsic Rotation:
Beyond Diffusion and Convection (Invited Talk)
11:40-12:10 N. Miyato, On extension of the gyrokinetic model to include long wavelength components
Lunch 12:10-13:20(Transport, Helical System) Chair A. Fukuyama
13:20-13:50 M. Yokoyama, Development of Integrated Transport Code, TASK3D

and its applications to

LHD experiment
13:50-14:20 K. Watanabe, Transport Analysis on High Beta LHD Plasmas
14:20-14:50 R. Seki, Transport Study of ICH Plasmas in LHD using TASK3D/WM
14:50-15:20 A. Wakasa, Simulation of heat transport in LHD plasmas using TASK3D Code
15:20-15:50 S. Toda, Dynamics of radial electric field in helical plasmas
15:50-16:10 Coffee Break(Extended Modeling) Chair T. S. Hahm
16:10-16:40 A. Ito, Equilibria of toroidal plasmas with flow in reduced MHD models
16:40-17:10 H. Seto, Modeling of two-dimensional transport in tokamak plasmas
current
17:10-17:40 H. Nuga, Kinetic Transport Simulation in Tokamak Plasmas
19:30-21:30 Conference Dinner (Jitokuya Chikushiguchi-Ten) reserved as the name of‘Togokodo-kenkyuukai’Dec 16(Friday)(Transport Tokamak) Chair K. Watanabe
9:00-9:30 N. Hayashi, Integrated simulation study of pellet triggered ELM
9:30-10:00 M. Honda, Collisionality dependence of shielding factor of beam driven current(Demo Design)
10:00-10:30 K. Hoshino, SONIC simulation for DEMO divertor design
10:30-11:00 T. Takizuka, New Concept for DEMO reactor
11:00-11:20 Coffee Break(Transport, Tokamak) Chair M. Yokoyama
11:20-11:50 A. Fukuyama, Present status of integrated modeling code TASK
11:50-12:20 T. Ikari, Tokamak transport simulation using TASK/TR−−

Lunch 12:20-13:30
13:30-14:00 Y. Maruyama, 2D kinetic full wave analysis in tokamak plasmas using FEM
14:00-14:30 Y. Masaoka, Validation of energetic particle confinement including the effects of nonlinear
collision(L-H Transition) Chair T. Takizuka
14:30-15:10 Y. Nishimura, Tokamak H-mode modeling by turbulence and transport simulation(Invited Talk)
15:10-15:40 M. Yagi, L/H transition simulation with integrated modelling of core and SOL/divertor transport
15:40-16:00 Coffee Break(Edge, Plasma wall) Chair Y. Nishimura
16:00-16:30 G. Kawamura, Impurity transport simulation of LHD divertor and edge region
16:30-17:00 S. Azuma, Analysis of the Bohm criterion for two-ion-species plasmas using PARASOL
17:00-17:30 S. Sugita, Ballistic Propagation of Turbulence Front in Edge Plasma
17:30-17:50 Summary and Discussion
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࢖ࢩࣥ-C㸦TNC㸧ࡢ♧ࡍᣲືࢆㄪ࡭ࡿࡇ࡜ࢆ┠ⓗ࡜ࡋࡓ㸬ࡑࡢ᪉ἲ࡜ࡋ࡚㸪Ⓨ⌧ࡋࡓ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡢᐃ㔞໬࠾ࡼࡧᵓ㐀ほᐹࢆ⾜࠸㸪ఙ⦰᮲௳࡟ࡼࡿ㐪࠸ࢆ⪃ᐹࡋࡓ㸬㸰㸬ᐇ㦂᪉ἲ
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㸰㸬㸱㸬⺯ගᢠయᰁⰍἲ࡟ࡼࡿᵓ㐀ほᐹఙ⦰ᚋࡢ⣽⬊࡟ᑐࡋ࡚㸪Ⓨ⌧ࡋࡓ Col I ࠾ࡼࡧ TNC ࡢᵓ㐀ほᐹࢆ⾜ࡗࡓ㸬ほᐹࡢ㝿ࡣ⺯ගᢠయࢆᶆ㆑ࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ࡚
Col I㸪TNC㸪⣽⬊㦵᱁࠾ࡼࡧ⣽⬊᰾ࢆ⺯ගᰁⰍࡋࡓ㸬ᰁⰍᚋ㸪ඹ↔Ⅼ࣮ࣞࢨ㢧ᚤ㙾ࢆ⏝࠸࡚⣽⬊࠾ࡼࡧ ECM ࡢᵓ㐀ほᐹࢆ⾜ࡗࡓ㸬㸱㸬ᐇ㦂⤖ᯝ
㸱㸬㸯㸬྾ගᗘ ᐃ࡟ࡼࡿ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡢᐃ㔞໬
Fig.1 ࡟ྛఙ⦰᮲௳࡟࠾ࡅࡿ྾ගᗘ ᐃࡢ⤖ᯝࢆ♧ࡍ㸬(a)࡟ Col I ࡢ ᐃ⤖ᯝࢆ㸪(b)࡟ TNC ࡢ ᐃ⤖ᯝࢆ♧ࡍ㸬ఙ⦰᫬㛫࡟㛵ࡋ࡚㸪24 ᫬㛫ఙ⦰ࡼࡾࡶ 48 ᫬㛫ఙ⦰࡟࠾࠸࡚ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡀቑຍࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀ☜ㄆ࡛ࡁࡓ㸬ࡲࡓ㸪ఙᒎ⋡࡟㛵ࡋ࡚㸪10%ఙ⦰ࡼࡾࡶ 8%ఙ⦰࡟࠾࠸࡚ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡀከࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀ☜ㄆ࡛ࡁࡓ㸬ࡉࡽ࡟㸪8%ఙ⦰࡛ࡣ 10%ఙ⦰࡟
ẚ࡭࡚ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡢቑຍ⋡ࡀ኱ࡁࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡓ㸬㸱㸬㸰㸬ඹ↔Ⅼ࣮ࣞࢨ㢧ᚤ㙾࡟ࡼࡿᵓ㐀ほᐹ
Table 1 Extension parameters.
Fig.2 ࡟ྛఙ⦰᮲௳࡟࠾ࡅࡿ⺯ගᰁⰍࡢ⤖ᯝࢆ♧ࡍ㸬Fig.2 ࡟࠾࠸࡚㟷Ⰽࡢ㒊ศࡀ⣽⬊᰾㸪⥳Ⰽࡢ㒊ศࡀ⣽⬊㦵᱁㸪㉥Ⰽࡢ㒊
ศࡀ Col I㸪⣸Ⰽࡢ㒊ศࡀ TNC ࢆ♧ࡋ࡚࠸ࡿ㸬ྛ᮲௳࡜ࡶ࡟
Col I ࡢ᫂☜࡞Ⓨ⌧ࡀ☜ㄆ࡛ࡁࡓࡀ㸪TNC ࡣ࡯࡜ࢇ࡝☜ㄆࡍࡿࡇ࡜ࡀ࡛ࡁ࡞࠿ࡗࡓ㸬㸲㸬⪃ᐹ㸲㸬㸯㸬ఙᒎ⋡࡟ࡼࡿ ECM
ࡢቑຍ⋡ࡢ㐪࠸ᖿ⣽⬊࡟ᑐࡋ୍࡚㍈ఙ⦰่⃭ࢆ௜ຍࡋࡓሙྜ㸪ᖿ⣽⬊ࡣఙ⦰᪉ྥ࡟ᑐࡋ࡚ 60°㹼80°ࡢ᪉ྥ࡟ᩚิࡍࡿࡇ࡜ࡀሗ࿌ࡉ
ࢀ࡚࠸ࡿ 4),5)㸬ࡋࡓࡀࡗ࡚ྠࡌ
ఙᒎ⋡࡛ఙ⦰่⃭ࢆ୚࠼⥆ࡅࡓ࡜ࡋ࡚ࡶ㸪⣽⬊ࡢ᪉ྥࡀኚ
(a) Col I(b) TNC໬ࡍࡿ࡟ࡘࢀ࡚⣽⬊ࡢឤ▱ࡍ
Fig.1 Expression level of ECM.

−−ࡿ่⃭ࡣᑠࡉࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡃ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬ࡇࡇ࡛㸪Fig.3 ࡟ྛఙ⦰᮲௳
࡟࠾ࡅࡿ⣽⬊ࡢᩚิゅࡢศᕸࢆ♧ࡍ㸬(a)ࡣఙᒎ⋡ 8%ࡢศᕸࢆ㸪(b)ࡣఙ
ᒎ⋡ 10%ࡢศᕸࢆ♧ࡋ࡚࠸ࡿ㸬ᮏᐇ㦂࡟࠾࠸࡚ఙᒎ⋡ 10%࡛ࡣ 24 ᫬㛫⤒㐣ࡢ᫬Ⅼ࡛⣽⬊ࡣ 60°㹼80°ࡢ᪉ྥ࡟ᩚิࡋ࡚࠾ࡾ㸪ࡑࡢᚋ 48 ᫬㛫⤒㐣ࡲ࡛ࡣ࡯࡜ࢇ࡝ᩚิゅ࡟ኚ໬ࡀぢࡽࢀ࡞࠿ࡗࡓ㸬୍᪉㸪ఙᒎ⋡ 8%࡛
ࡣ 24 ᫬㛫⤒㐣᫬࡛ࡣᩚิゅࡣ࠶ࡲࡾኚ໬ࡋ࡚࠾ࡽࡎ㸪48 ᫬㛫⤒㐣ࡲ࡛࡟⦆ࡸ࠿࡟ᩚิࡀ㐍⾜ࡋ࡚࠸ࡓ㸬ࡇࡢࡇ࡜࠿ࡽ㸪ఙᒎ⋡ 8%࡛ࡣ 24 ᫬㛫⤒㐣ᚋࡶ⣽⬊ࡀẚ㍑ⓗᙉ࠸่⃭ࢆཷࡅ⥆ࡅࡿࡀ㸪ఙᒎ⋡ 10%࡛ࡣ 8%(a) 8%-24h stretching(b) 8%-48h stretchingࡼࡾࡶ᪩ࡃ⣽⬊ࡢཷࡅࡿ่⃭ࡀᑠࡉࡃ࡞ࡗ࡚࠸ࡃ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬ࡑࡢ⤖ᯝ㸪ୖ㏙ࡢࡼ࠺࡞ఙᒎ⋡࡟ࡼࡿ ECM ࡢቑຍ⋡࡟㐪࠸ࡀ⾲ࢀࡓ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬㸲㸬㸰㸬ఙᒎ⋡࡟ࡼࡿᵓ㐀ẚ㍑
ఙᒎ⋡࡟㛵ࡋ࡚㸪8%48 ᫬㛫ఙ⦰࡜ 10%48 ᫬㛫ఙ⦰ࡢᰁⰍ⤖ᯝࢆ⏝࠸࡚ Col I ࡢᵓ㐀ࢆẚ㍑ࡋࡓ㸬ẚ㍑ࡍࡿ㝿࡟㸪Col I ࡢ⺯ග⏬ീࢆ஧್໬ࡋ
ࡓ㸬Fig.4 ࠿ࡽࢃ࠿ࡿࡼ࠺࡟㸪ఙᒎ⋡ 8%࡛ࡣ Col I ࡢⓎ⌧㔞ࡣከ࠸ࡀ㸪ࡑࡢ࡯࡜ࢇ࡝ࡀ⢏≧࡟Ⓨ⌧ࡋ࡚࠾ࡾ㸪⤌⧊໬ࡋ࡚࠸ࡿ㒊ศࡣ☜ㄆ࡛ࡁ࡞(c) 10%-24h stretching(d) 10%-48h stretching࠿ࡗࡓ㸬୍᪉㸪ఙᒎ⋡ 10%࡛ࡣ 8%࡟ẚ࡭࡚Ⓨ⌧㔞ࡣᑡ࡞࠸ࡀ㸪඲యⓗFig.2
Fluorescence
imagesof the cells and ECM࡟Ⓨ⌧ࡋࡓ Col I ࡀ⭷≧࡟⧅ࡀࡗ࡚࠾ࡾ㸪⤌⧊໬ࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀ☜ㄆ࡛under the conditions of Table 1.
ࡁࡓ㸬ࡇࡇ࡛㸪Col I ࡢⓎ⌧㔞࡟࠾ࡅࡿỿ╔ࡢ༨ࡵࡿ๭ྜࢆྛఙ⦰᮲௳
࡟ᑐࡋ࡚ィ⟬ࡋࡓ⤖ᯝࢆ Table 2 ࡟♧ࡍ㸬ࡇࢀࡼࡾỿ╔ࡢ༨ࡵࡿ๭ྜࡣ 10%48 ᫬㛫ఙ⦰࡟࠾࠸࡚᭱኱࡜࡞ࡗࡓ㸬୍᪉㸪8%48
᫬㛫ఙ⦰࡛ࡣ඲యࡢⓎ⌧㔞ࡣ᭱኱࡛࠶ࡗࡓࡀ㸪ỿ╔࡜ࡋ࡚Ꮡᅾࡍࡿ๭ྜࡣ 10%48 ᫬㛫ఙ⦰ࡢ༙ศ௨ୗ࡜࡞ࡗࡓ㸬ࡇࢀࡽࡢ⤖ᯝ࠿ࡽ㸪ఙ⦰࡟ࡼࡗ࡚Ⓨ⌧ࡋࡓ Col I ࡣ㸪⤌⧊໬ࡀ㐍⾜ࡍࡿ࡯࡝ỿ╔࡜ࡋ࡚Ꮡᅾࡍࡿ๭ྜࡀቑຍࡍࡿ࡜࠸࠺ࡇ࡜ࡀศ࠿ࡗࡓ㸬ࡇࡢࡇ࡜࠿ࡽ㸪Col I ࡢⓎ⌧㔞࡜⤌⧊໬ࡢ㛫࡟ࡣ␗࡞ࡿࡦࡎࡳ౫ᏑᛶࡀᏑᅾࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀ⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬㸳㸬ࡲ࡜ࡵࣄࢺ㦵㧊⏤᮶㛫ⴥ⣔ᖿ⣽⬊࡟ᑐࡋ࡚ఙ⦰่⃭ࢆ୚࠼㸪ఙ⦰᮲௳ࡢ㐪࠸ࡀ⣽⬊እ࣐ࢺࣜࢡࢫࡢⓎ⌧㔞ཬࡧࡑࡢᵓ㐀࡟୚࠼ࡿᙳ
㡪࡟ࡘ࠸᳨࡚ウࡋࡓ㸬ࡑࡢ⤖ᯝ㸪ḟࡢࡼ࠺࡞⤖ㄽࡀᚓࡽࢀࡓ㸬1) Col I ࡢⓎ⌧㔞࡜⤌⧊ᵓ⠏ࡢ㛫࡟ࡣ␗࡞ࡿࡦࡎࡳ౫ᏑᛶࡀᏑᅾࡋ࡚࠸ࡿ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿ㸬(2) ᮏ◊✲᳨࡛ウࡋࡓఙ⦰᮲௳࡟࠾࠸࡚㸪8%48 ᫬㛫ఙ⦰࡟࠾࠸࡚ ECM ࡢⓎ⌧㔞ࡣ᭱኱࡜࡞ࡗࡓ㸬(3) Ⓨ⌧ࡋࡓ ECM ࡣỿ╔࡜ẚ࡭࡚ୖ⃈୰࡟࠾ࡅࡿྵ᭷㔞ࡀ㠀ᖖ࡟ከࡃ㸪≉࡟ TNC ࡛ࡣࡑࡢഴྥࡀ㢧ⴭ࡛࠶ࡗࡓ㸬ཧ⪃ᩥ⊩1) Tissue-engineering approach to the repair and regeneration of tendons and ligamnets, Goh JC, et al. Tissue Engineering, Volume 9(4,Supplement 1), 31-44, (2003).
2) Ectopic Induction of Tendon and Ligament in Rats by Growth and Differentiation Factors 5, 6, and 7, Members of the TGF-beta Gene
Family, Neil M. Wolfman, et al. Journal Clinical Investigation, 100(2), 321-33(1997) .
3) Mechanobiology of tendon, James H.-C. Wang, J Biomech, 39(9), 1563-1582 (2006).
4) Effect of uniaxial stretching on rat bone mesenchymal stem cell Orientation and expressions of collagen type I and and tenascin-C,
Zhang Lei, et al. Cell Biol Int, 32(3), 344-352 (2008).
5) Effect of Focal Adhesion Kinase on the Regulation of Realignment and Tenogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells
by Mechanical Stretch, B. Xu, et al. Connective Tissue Research, 52, 373-379, (2011).

(a) 8% stretching(a) 8%-48h stretching(b) 10% stretching(b) 10%-48h stretchingFig.3 Orientation of the cells under the conditions of Table 1.

Fig.4 Difference of the structure of Col I.

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The Fifth Shanghai International Conference on Biophysics and Molecular Biology, Shanghai(China), November 2011.
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University of Massachusetts

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−

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削減省エネ海上輸送のための新船型開発に関する研究
広島大学大学院工学研究科
教授 岩下 英嗣
研究目的を担う船舶は、昨今の地球温暖化問題に伴う低減に対しても大きな責任を負っ
世界の物流のており、国土交通省の政策下、各所で特に実海域における抵抗低減法の研究開発が行われているところである。実海域とは波浪影響下を意味し、従来船型開発で主眼とされてきた静水中での推進性能ではな
く、波浪環境下での推進性能の観点に立った抵抗低減を考えることになり、学術的には波浪中抵抗増加の低減ということになる。
一昨年採択された共同利用研究課題「船首形状変更による波浪中抵抗増加低減法に関する研究」におな船型については船首部に強いフレアーを付けることにより、実海域で重要な波長域で波いて、浪中抵抗増加を以上も低減できることが分かっている。これを受けて昨年から継続する本研究では、その成果の一般性を確認することを目的として、他船型についてフレアーの異なる船型模型を用いた曳航試験を実施する。実験では、非定常波の計測も行い、波形からも抵抗増加の解析を行って、力の計測により得られた結果を検証することにしている。
研究方法
船首形状を変更した複数の供試模型を用いた曳航試験によって，次の手順により研究を遂行する．
供試模型を用い，深海機器力学実験水槽において，船体運動計測試験を行い，非線形運動および波浪中抵抗増加を計測する．
運動計測試験と同時に波形計測試験を行い，現在得られ難い波浪中航行時の非定常波形を計測する．
取得データを解析し，船体運動および波形の非線形性の特性についてまとめるとともに，非定常波の波形解析からも抵抗増加を算出する．
力の計測により得られた抵抗増加と波形から得られた抵抗増加の二つの視点から，船首形状の相違による抵抗増加の低減量を比較，検討する．
一連の研究を総括し，昨年までの結果と比較・考察する．
研究組織
本研究は下記のような組織で行った．
氏 名

岩下 英嗣
谷口 弘樹
田辺 晃弥
柏木 正
若林 友輝
一色 智彦
胡

長洪

所 属

広島大学大学院工学研究院エネルギー・環境部門
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻
大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻
大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻
九州大学応用力学研究所

−

−

職 名
教授
修士
修士
教授
修士
修士

年
年
年
年

准教授

役割・担当
代表者
実験補助
実験補助
実験解析
実験補助
実験補助
実験指導

研究結果
供試模型
をオリジナル船型とし，一昨年度の実験で利用した供試模型はタンカー船型である．船体番号に使用した各船首形状の写真と船体番号，
船首部形状を変更した計 種類の供試模型を準備した．
およびチャインラインとフレアー形状の特徴を示す．
船体番号

チャインラインフレアー角度

浅い

M090570

0

00

0

M09058

高M09059高深い

M09060中浅い

M09076低浅いM09077低水平0

船首形状の異なる供試模型とそれらの特徴 一昨年度

昨年度の実験で利用した供試模型はバルクキャリアー船型である．オリジナル船型である太めの船型
船体番号と細めの船型 船体番号，それぞれの船首部のフレアーを強めにした船，の計 種類を準備した．
に使用した各船首形状の写真と船体番号，および船型
首形状の特徴を示す．

船体番号

フレアー形状M10064

強M10065
M10070強M10071

M10064

M10065

M10070M10071船首形状の異なる供試模型とそれらの特徴 昨年度以上の供試模型に対し，本年度の実験で利用した供試模型はコンテナ船型である．船体番号をオリジナル船型とし，船首部のチャインライン位置を変更した計 種類の供試模型を準備し，水槽試に使用した各験を行う．なお，チャインライン位置が低いほどフレアーの強い形状となっている．
船首形状の写真と船体番号，および船首部チャインライン位置を示す．なお，各供試模型に対して重心位置や環動半径等の実験条件を一致させるため，バラストウェイトの調整を行っている．

船体番号

チャインラインM11055

M11055

M11056

M11057

M11056

中M11057低M11058

高M11058船首形状の異なる供試模型とそれらの特徴 本年度

−

−

試験内容
運動計測
の運動の計測を行い，前後のロッドに取り付けたひずみゲー
運動計測装置を用いてジにより船体に及ぼす抵抗を求める．位相基準は船体重心位置に入射波頂が来た時をとしている。
運動計測試験は，静水中を航行する定常試験と造波機により起こされた入射波中を航行するときの非定，非定常試験における入射波は正面向か
常試験について行っている．実験条件はフルード数
い波で〜について行った．運動計測試験で用いる模型船体の模式図および主要目を
に示す．
=

l

xG

୺せᑍἲ
ȥ I

;

Pȥ I

RPᅇ㌿୰ᚰPP

K
L

Pl

P

P

KG



Pѭ 

P

yy

P

P

yy /




W



NJI

NJI㺃PV P

IG
IP

xG



NJI㺃PV

GP

Pd) Dȥ I ) I

L
B

G

Midshipd

Cb

L

運動計測試験時の模型セットアップ図および主要目

波形解析に波形解析の模式図，またに容量式波高計を示す．水槽壁面に計個の波高計を船の進中のの位置に船首が差しかかった瞬間を計測開始時刻としてい行方向に縦並びに設置し，が可る．波形計測は定常試験および非定常試験について行った．計 個の波高計は同時に能であり，非定常試験における波高計間隔は入射波のに対応させて、等間隔位相でデータ取得できるように調整している．

Y
y
X

8
O

O

tʼ

Xn

X

x x

n = 12xᐜ㔞ᘧἼ㧗ィ

X

t
tʼ

t
ࢺ࣮ࣜ࢞

波形計測装置セットアップ図

容量式波高計−−結果・考察定常問題

各船首形状における定常抵抗

水槽試験による定常航走時の各船型における 方向流
体力 定常抵抗 とオリジナル船であるからのに示す．定常抵抗の低減を考慮して設増減率を計されているオリジナル船が最も低い抵抗値を示した．
他の船型に関して，は比較的抵抗の増加率が大はほぼ性能低下しな
きく，最もフレアーの強いいという結果を得た．

形状

定常抵抗

増減率

非定常問題
に一昨年の実験で計測された抵抗増加のグラフを示している．横軸に，縦軸に抵抗増加量を
波振幅，主要船体寸法で無次元化した値を取っている．ここで言う抵抗増加とは、入射波ありの非定常実験で計測された方向の力と入射波なしの定常実験で計測された方向の力との差を意味しの右のグラフは海洋で主要な波長域である≦≦の範囲において左ている．また付近において抵抗増加がピークとなっている．まのグラフを拡大したものである．全船型でた，船首部に強いフレアーを付けることで≦≦の短波長域において全体体に抵抗増加を低減する働きがあることが一昨年の実験の結果から分かる．
10

R AW / g 2(B 2/L)

5
M09057
M09058
M09059
M09060M09076
M09077R AW / g 2(B 2/L)
M09057
M09058
M09059
M09060M09076
M09077

4
3

5

2
1
0

0

1

2

/L

0

3

0

0.5

1

/L

次に，昨年の実験より得られた抵抗増加のグラフをに示す．左図が太い船型，右図が細い船型≦≦の中波のグラフである．双方の船型で，船首部に強いフレアーを付けたことによって長領域において抵抗増加低減が確認できる．
R AW /ρgζ2 (B 2/L)

10

R AW /ρgζ2 (B 2/L)

10
M10064
M10065

M10070M10071

5

0

5

0

0.5

1

1.5

λ/L

2

2.5

0

3

0

0.5

1

1.5

λ/L

2

に本実験での検力計から計測された抵抗増加のグラフを示す．
≦の範囲を拡大したものが右のグラフとなっている．全船型で
−

−

2.5

3

の左のグラフ内≦付近において抵抗増加がピークとなっていることが分かる．短波長域をみてみると，オリジナル船であるの抵抗増加の値が他の船型に比べ大きく，チャインラインを付けることによる抵抗増加の低減効果が確認で
きる．特に
の範囲で
，
の両船型が安定して抵抗増加が小さいことがグラフから読み取ることができる．
R AW /ρgζ2 (B 2/L)

15

R AW /ρgζ2 (B 2/L)

7
M11055
M11056
M11057
M11058

M11055
M11056
M11057
M11058

6
5

10
4
3
5
2
1
0

0

0.5

1

1.5

2

λ/L

2.5

0

3

0

0.5

1

λ/L

船体運動
に各船型の波浪に対する船体運動とその位相のグラフを示している．左から，，となっており，全グラフとも横軸には入射波の波長の無次元量である，縦軸には運動振幅を入射波
振幅で無次元化したもの，波浪に対する船体運動の位相を示している．
，
運動においてはが付近に運動の同調点が存在するのに対しての運動には同調点は存在しない。これらの運動の結果には，各船型において実験値のバラツキ以上のものは見られない。先の船首形状の違いによる抵抗増加低減は、運動の違いに因り低減したものではなく、船首領域
からの入射波の反射等の低減効果に依存したものであることが推察される。
ξ1/A

2

ξ3/A

2

M11055
M11056
M11057
M110581

0M11055
M11056
M11057
M11058

1

0

1

λ/L

2

ξ5/k0A2

M11055
M11056
M11057
M11058

3

0

1

0

1

λ/L

2

3

0

180

180

180

90

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

-180

-180

0

1

λ/L

2

3

波形解析
力の計測により示された船首形状の相違による抵抗増加低減の事実を波形の観点から検証することができる。抵抗増加は船体が非定常波を造波することにより発生するものであるから、抵抗増加が低い船型であれば造波した非定常波の振幅も小さくなるなずである。
にオリジナル船型に対して計測・解析して得られた非定常波形を示している。こ
参考までに、関数、およびその波を波形解析理論を用いて解析することにより、素成波の振幅や位相を表わすに関数の例を示している。
れに重みを掛けて積分することにより抵抗増加が算出できる。
−−

λ/L=0.6

η/A

3

λ/L=1.0

η/A

3

C OS C OMP ONE NT

C OS C OMP ONE NT

cos component(exp.)
cos component(cal.)s tart or end

2

C OS C OMP ONE NT
1

0

0

0

-1

-1

-1

-3

-2

-2

-2
3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

X/(L/2)

-6

-7

-8

-9

-3

-10

η/A

3

3

S IN C OMP ONE NT

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

X/(L/2)

-6

-7

-9

-3

-10

0

0

-1

-1

-1

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

X/(L/2)

-6

-7

-8

-9

-3

-10

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

X/(L/2)

λ/L=1.6

η/A

3

cos component(exp.)
cos component(cal.)s tart or end-3-4

X/(L/2)

-6

-7

-8

-9

-3

-10

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

X/(L/2)λ/L=2.0

C OS C OMP ONE NT

cos component(exp.)
cos component(cal.)s tart or end

2

0

0

-1

-1

-2

-2
3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

X/(L/2)

-5

-6

-7

-8

-9

-10

η/A

3

-3

3

S IN C OMP ONE NT

2

1

0

-1

-2

-3

-4

X/(L/2)

-5

-6

-7

S IN C OMP ONE NT

s in component(exp.)s in component(cal.)s tart or end

-8

-9

-10

η/A

3

2

s in component(exp.)s in component(cal.)s tart or end

2
1

1
0

0

-1

-1

-2

-2
3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

X/(L/2)

-5

-6

-7

-8

-9

-10

M11055(ωeK /g)H2

10

λ/L = 0.60
λ/L = 1.00
λ/L = 1.20
λ/L = 1.60
λ/L = 2.00

8

-3

3

2

4

4

2

2

90

120

θ(degs .)

150

180

0

60

180

180

90

90

0

0

-90

-90

-180

λ/L = 0.60
λ/L = 1.00
λ/L = 1.20
λ/L = 1.60
λ/L = 2.00

8

-2

-3

-4

X/(L/2)

-5

-6

-7

-8

-9

-10

M1105690

120

θ(degs .)

150

180

4

4

2

2

0
60

90

λ/L = 0.60
λ/L = 1.00
λ/L = 1.20
λ/L = 1.60
λ/L = 2.00

8

6

120

θ(degs .)

150

180

60

180

180

90

90

0

0

-90

-90

-180

-180

−

−

M11058(ωeK /g)H2

10

6

0

-1

-180

M11057(ωeK /g)H2100

λ/L = 0.60
λ/L = 1.00
λ/L = 1.20
λ/L = 1.60
λ/L = 2.00

8

6

60

1

(ωeK /g)H2

10

6

0

-5

-6

-7

-8

-9

-10

s in component(exp.)s in component(cal.)s tart or end

1

1

-3

-2

η/A

3

C OS C OMP ONE NT
2

-3

-1

-2

-2

3

0

1

0

-3

1

2

1

-2

2

η/A
S IN C OMP ONE NT

s in component(exp.)s in component(cal.)s tart or end

2

1

3

3

S IN C OMP ONE NT

s in component(exp.)s in component(cal.)s tart or end

-8

η/A

3

2

cos component(exp.)
cos component(cal.)s tart or end

2

1

1

λ/L=1.2

η/A

3

cos component(exp.)
cos component(cal.)s tart or end

2

90

120

θ(degs .)

150

180

-5

-6

-7

-8

-9

-10

に実験による検力計の結果および関数から算出された抵抗増加を示す．力の計測によりの短波長領域との長波長領得られた抵抗増加と波形から算出した抵抗増加とは，域では良好な一致を示している。抵抗増加が最大値を取る近傍で、波形解析による抵抗増加の方が低めになっているのは、船首からの砕波抵抗等に起因する非線形な影響であると思われる。
2

2

R AW /ρgζ (B / L)

15

2

M11055

2

R AW /ρgζ (B / L)

15

M11056experimentwave analys isexperimentwave analys is

10

10

5

5

0

0

0.5
2

15

1
2

1.5

λ/L

2

R AW /ρgζ (B / L)

2.5

3

0

0

0.5
2

M11057
15

1
2

1.5

λ/L

2

R AW /ρgζ (B / L)experimentwave analys is

10

10

5

5

0

0.5

1

1.5

λ/L

2

2.5

3

M11058experimentwave analys is

0

2.5

3

0

0

0.5

1

1.5

λ/L

2

2.5

3

まとめ
定常抵抗，波浪中船体運動，抵抗増加を船首形状を変更した 種類の供試模型で計測比較し，船首部に強いフレアーを付けることによる影響をまた同時に波浪中を動揺しながら前進する船体が造波する非定常波形を計測することで波形解析の観点からも確認を行った．本研究より得られた結論を示すと次のようになる．
船首部に強いフレアーを付けることによって，静水中における抵抗は増加するが，その増加量はの短波長域において抵抗増加が低減されることが確認された．本実微量である．また，とである．一方，験で特に優秀な性能を示した船首形状は抵抗増加の観点からはが優れており，結論としては船型が最も優れた船型と静水中の抵抗の観点からはして推奨される．
昨年までの結果と併せてみても，船首部にフレアーを付けることにより抵抗増加が低減されることが確認できるが，効果が表れる波長域は船型によって異なる．
非定常波形の計測を行い，波形解析理論を適用することにより船首形状の相違による抵抗増加の低減効果の確認を行った．その結果，非定常波形解析により算出された抵抗増加は力の計測によって得られた結果と同様の傾向を示した．

−

−

−

−



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⎇ⓥ㒮 ⚻Ⴆ㓶╷⚻

Key Wordss: tidal current power generattion, turbine, dififfuser, Wind-lens technology, Blade Element Momentum Meethod

1. INTROODUCTION
N
Tidal powerr is receiving a great deal of attention at preesent
due to enviroonmental and energyeproblem
ms. Tidal flowss arehighly predicctable and deependable com
mpared with ootherrenewable eneergies.
Wind-lens technology1) was
w applied too our tidal currrent
turbine since oone year before based on the saame work princcipleof the wind turrbine and the tiidal turbine. Experimental resuults2)
validated that torque and pow
wer coefficientts can be improoved
about twice byy attaching thee brimmed diffu
user to the turbbine.
In order to ressearch effects ofo diffusers of differentdbrims,, the3-stage diffuseer was made of which the briim can be channgedfor 3 kinds of length.
Experimentts were carried out in the circulation w
waterchannel (CWC
C) for the turbinne with 3-stagee diffuser. The ddragforce acting oon the diffuser was also meassured to investiigate
the cost of attaaching the diffuuser of differentt brims. Torquee andpower coefficients and the dragdforce weree calculated byy the
CFD methodd (SCRYU/Tettra for window
ws V.8, Softw
ware
Cradle Co., Lttd.), which werre then comparred to experimeental
results.

Fig.1 3-stagee diffuser.
0.9

Cq-s

0.8
0.7

Cq-m

0.6

Cq-l

0.5
0.4

Cp-s

0.3

2. EXPERIM
MENTS IN CWC
2.1 Descriiption of expeeriments

Cp-m

0.2

Cp-l

0.1

The shapees of the rottor and the diffuser and theexperimental ccondition are saame as those describeddin 2). The
only differencce is the length of the brim off the diffuser w
whichchanges 15mm
m each for threee. The 3-stage diffuserdis show
wn in
Fig.1. The ringg strip of 15mm
m-width is conn
nected by rivetss. So
diameters of the outlet aree 380mm, 410
0mm and 4400mm
respectively. T
The incoming flow is steadyy and uniformm, ofwhich the veloocity is 1.0m/s.

0.0

−

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

ǳ

6.0

Fig.2 ExperimentalE
reesults of Cq andd Cp
Table.1 Experimental reresults of drag forcesf

2.2 Analysis of experim
mental resultss
Experimentts were carried out
o for the turbine with diffuseer ofsmall brim, oof middle brimm and of large brim respectivvely.
Experimental results are show
wn in Fig.2. Th
he horizontal axxis is
the tip speed ratio ¬. Cq iss the torque coefficient and C
Cp is
the power coeffficient.
In Fig.2, it is quite appareent that the longger the brim is,, thebigger Cq andd Cp are, whicch means the performancep
off theturbine is better. But the brimm cannot be tooo long, becausee thedrag force actting on the diffu
fuser is increasiing as the lengtth of
the brim increases. Table.1 shhows the drag forcefexerted onn the
diffuser. Ratess of increase aree 62.7% and 41.8% respectiveely.

0.0

Diffuser typeBrim-S

Brim-M

Brim-L

Drag
D
force(N)

26.19

42.61

60.43

3. NUM
MERICAL CA
ALCULATIO
ONS
3.1
3 Calculatio
ons with the C
CFD methoddThe
T CFD meth
hod was used tto calculate thee torque of theeturbbine. The whoole calculationn area is divided into twoo
disccontinuous parts, of which oone is free flow
w area and theeother is rotate areaa. Fig.3 shows the rotate area. The rotor andd
the diffuser belong
g to the rotate ararea.
We
W failed in getting the reasoonable results from the CFD
D
metthod because th
he space betweeen the diffuser and the rotor iss
so narrownthat thee boundary layeer cannot be in
nserted suitablyy
andd the mesh size cannot be reefined correctly
y to match theeprecision of calcullation. The disttance from the tip of the rotorr−

to the inner suurface of the difffuser is only 4.3mm. Fig.4 shhows
one kind of meeshes around thhe diffuser and thet rotor.

Table.2 Calculation rresults of drag forcefDiffuser typeBrim-S

Brim-M

Brim-L

Drag force
(N)

24.83

43.77

60.90

Relative error

5.2%

2.7%

0.8%

3.3
3 Calculatio
ons with the B
BEM methoddFlowFvelocity distributiondis aapplied to the calculationc
withh
the BEM metho
od based on the Fortran program. Thee
calcculation resultss are shown in Fig.6, which area bigger thannthe experimental resultsrshown inn Fig.2. The BE
EM results alsoosho
ows the conclussion that is the longer the brim
m is, the biggerr
Cq and Cp are. WhenW
the brimm reaches a deg
gree of length,,incrreases of Cq an
nd Cp are not obbvious.

Fig.3 Rotate
R
area

ǳ
Fig.4 Meshes aroundd the diffuser annd the rotor

Fig.6 Calculation ressults of Cq and Cp

3.2 Flow vvelocity distriibution insidee the diffuserr
Cq and Cp of the bare turbbine were preddicted quite welll byuse of the BE
EM method.2) So if the flow velocityv
distribuution
inside the difffuser is derivedd on the conditiion that there iis no
rotor inside thhe diffuser, the BEM method canc also be useed towithpredict the hyydrodynamic chharacteristics ofo the turbine w
diffuser.
1.8

veloccity(m/s)

1.6

V-bs

1.4
V-bm

1.2
1.0

V-bl

0.8
0.6

4. CONCLU
USIONS
ExperimentsEweere carried out ffor the turbine withw diffuser off
3-sttage brim in th
he CWC to meeasure the torquue for differentt
tip speed ratios. We
W tried to preddict Cq and Cp
p of the turbinee
usin
ng the CFD method but faileed because the space betweenn
the diffuser and th
he rotor is so nnarrow that appropriate meshh
cannnot be formeed correctly. A
According to flow velocityy
disttribution deriveed by CFD, Cqq and Cp are caalculated by thee
BEM method. BothB
experimenntal results andacalculationn
resuults show that thet longer the bbrim is, the big
gger Cq and Cpp
are. The BEM resu
ults are bigger than experimen
ntal results, butt
the trend of chhange is samee. As for ou
ur experiences,,
exp
perimental resullts are relativelly small than ouro expectation..
In orderoto get reliiable results, exxperiments willl be carried outt
in thet towing tankk in the near fuuture. Then we could validatee
the calculation results based on exxperimental ressults.

0.4
0.2

REFERE
ENCES

r/R

1)

0.0














Fig.5 Fllow velocity disstribution insidee the diffuser

2)

Fig.5 showss the calculationn results by thee CFD method. The
horizontal axiis is the ratio of radius r/R. The trends off thevelocity changge in the radiall direction are more or less ssame
but in the tip the velocities are very differeent. In fact, ressults
are quite diffeerent for differeent mesh size. As
A for choosingg theresults shownn in Fig.5, calcculation resultss of drag forcee by
CFD is as refeerences shown in Table.2, whiich fit experimeental
results well annd the relative erroreis small.

−−Y. Ohya andd T. Karasudanni: A shrouded
d wind turbinee
generating high output poweer with wind-len
ns Technology,,
Energies, Voll3, 2010, pp.6344-649.
H. Sun, M. Ueno, T. IIsogame and Y. Kyozuka::Developmentt of a new horizzontal axis turbiine for the tidall
current pow
wer generation by wind-len
ns technology,,
Conference ProceedingsP
off Jasnaoe, Vol11, 2010, pp..
33-36.
⎇ⓥઍ⴫
⴫⠪

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ജ⠪

ቊ ᘢᘢ‫⊕ޔ‬⍹ଆ
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⢫ 㐳ᵩ

高効率大量輸送のための特殊航空機に関する研究
広島大学大学院工学研究科
教授 岩下 英嗣

研究目的
現在、世界の物流のは低速大量輸送機器の船舶であり，高速少量輸送機器の航空機は旅客や高付加価値物の輸送に限られて利用されている．昨今，航空機を用いた高速かつ大量輸送を高効率で実現するための次世代の特殊航空機の研究開発が各国で進められている．それは地面効果を利用した地面効果
翼機と称される特殊航空機であり，韓国では実用機を開発建造して将来，国際線として黄海上を飛ぶ計画であり，国際法の整備も含めた開発計画が進行中である．地球温暖化問題を抱えた将来において有望な輸送機器であると期待されている．本研究では，これまで当方で進めてきた前翼式の新形式地面効果
模型の自航を模擬した風洞試験を行い，その空力性能や飛行安定性について検翼機に関して，大型討することを目的としている．今回は，主翼に着目し翼端板の効果がどの程度空力に影響を及ぼすのかを確認する．供試模型を自作の模型からで切削した模型とすることで，より精度の高いデータを取得する．また，可視化実験を行うことにより翼の後流面の様子を観察する．

研究方法
以下に示す手順により，研究を遂行する．
地面効果翼機の実験で問題となる境界層の影響を低減するため，供試模型の下に新たに板を設け，境界層を再発達させる．数値計算と実測により，境界層厚さを確認する．
機体に搭載するダクテッドファンの性能を把握する．
風洞内に主翼模型を設置し，迎角・飛行高度を変化させ，翼端板無しの場合の空力特性を調べる．
で行う．
風速はすべて主翼に翼端板を取り付け，迎角・飛行高度を変化させ空力特性を調べる．続いて，の長さに伸ばした翼端板を取り付け，同様にして空力特性を調べる．

，，

昨年度主翼に関して空力特性を調べ，今回の主翼と比較する．
主翼後流面の可視化実験を行う．
一連の研究を総括する．

研究組織
本研究は次のような組織で行った．
氏 名

所 属

職 名

役割・担当

大屋裕二

九州大学応用力学研究所

教授

実験指導

岩下 英嗣
谷口 弘樹
田辺 晃弥
伊藤 悠真
小川 恭平

広島大学大学院工学研究院エネルギー環境部門
広島大学大学院工学研究院輸送環境システム専攻
広島大学大学院工学研究院輸送環境システム専攻
広島大学工学部第四類輸送環境システム専攻
広島大学工学部第四類輸送環境システム専攻

−

−

教授
修士課程 年
修士課程 年
学部 年
学部 年

代表者
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助

研究結果
境界層対策
の風洞試験は地面近傍の飛行を模擬して行うため，境界層影響ができる限り入らないように低減方策を検討することが非常に重要である．そこで模型の下にの様な新たに板を設け底上げすることで，風洞吹き出し口から発達する境界層を板の前縁から新たに再発達させて，模型付近での境界層影響の低減を図る工夫を行っている．
床の高さ，長さ，また先端の形状等についてはあらかじめ 次元計算を行い決定している．そこで，以降の実験に先立ち，この境界層厚み低減対策が妥当であるか否かを確認する計測を行った．
，床板の中心
この床上における風速分布を，床板の後縁，模型設置位置，床板の前縁の 点で計算と比較した．その結果，各場所において計測結計測し，の結果は良く一致することが確認できた．図中の白丸が果と今年の実験結果であり，昨年度よりも境界層厚さが小さくなっている．模型主翼後縁付近のでの境界層暑さは約となっており，模型寸法に比べて十分に小さく，実験時における境界層の影響は小さいものと推察される．
Point1

Point2

Point3

Point4

450
1300
1875
3390

Y (m)
0.1

CFD
exp. (2009)
exp. (2010)
exp. (2011)

P oint 1(0.12L)P oint 2(0.35L)P oint 3(0.5L)

P oint 4(0.9L)

0.05

50mm

30mm
20mm

5mm
0
10

15
20
U (m/s )

25

10

15
20
U (m/s )

25 10

15
20
U (m/s )

25 10

15
20
U (m/s )25

供試模型となっており，飛行不安定になる可能性があった．そのため，下半角を
昨年度主翼は下半角がにし，さらに翼端板断面が翼型になるように設計変更した．主翼単独の供試模型をに示す．
検力計下のスウォードに埋め込む形で模型をセットする形となっており，後方部にセットされたねじ部−−

で迎角を調整する．翼端板は脱着可能となっており，翼端板無し状態・翼端板がある状態に形状変更で，，のスペーサーを入れることで，翼端板長さも変えることができきる．また，翼端板にるようになっている．
切削で製作されているので，模型の製作精度による誤差は無いと考えられる．

迎角調整用ねじ

長さ変更用スペーサー

翼端板無し

+2cm

+0cm

+6cm

+4cm

実験内容
主翼単独試験の実験内容を示す．新しい主翼形状での迎角・飛行
高度変化，翼端板変化による空力特性を調べるため，以下の実験を行った．本実験の実験装置の概略図をに示す．検力計は分力計を用い， 方向，ｚ方向， 軸周りのモーメントを計測し， 方向は主翼進行方向を正， 方向は鉛直上向き
を正， 軸周りのモーメントは右回りを正とした．飛行高度
は翼後縁の高さ をコード長 で除したものとし，
刻みで
まで，
と
の 通りの高度変化で行い，迎角に関しては， 刻みでと，，の 通りのデータを取得している．また，翼端板下面から地面までの高さを基準にして，の 通りを計測している．風速はすべてで行っている．
翼端板無し
変化，迎角変化
翼端板有り（長さ変化なし）
変化，迎角変化，
翼端板有り（，，変化，迎角変化，

変化
延長）
変化

主翼可視化実験

−

−

昇降装置

F3
F1

3分力計
スウォード
2000

F5
20m/s

供試模型

実験結果
翼端板有無による迎角変化
巡航飛行高度における迎角変化を翼端板有りと無しの状態で比較する．
に実験結果を示す．横軸に迎角変化，縦軸に揚力係数
・抗力係数
・圧力中心係数・揚抗比を取る．翼端板無しの場合，翼端板有りの場合，ポテンシャル理論による数値計算結果と比較している．まであるが，模型全体に作用する空力モーメントがゼロとなる位置で，この時主翼ず，圧力中心係数
前縁から後縁までの長さを としたときの前縁からの距離を示している．グラフから，迎角が小さくな
翼端
るにつれ圧力中心は後方に移動していくことがわかる．また，翼端板無しでの圧力中心は約板有りに比べ後方に位置している．これは，翼端板をつけることで圧力分布が変化しているためだと考えられる．次に，揚力係数・抗力係数であるが，揚力・抗力を動圧と代表面積で割った無次元値である．
揚抗比は揚力係数と抗力係数の比をとったものであるが，機体の性能を示す指針であり，大きければ大きいほど，主翼性能が良いということになる．グラフより，翼端板有無で抗力係数に関してはほぼ同じであるが，揚力係数に差があることがわかる．また，主翼迎角が大きくなるほど揚力係数の差が大きくもの揚力増加が翼端板を付加することにより得られる．また揚抗比が最なっており， のときで約のときで，約もの揚抗比増加が確認できる．計算結果とも概ね一致しているが，迎も高い迎角
角が大きくなるほど揚力係数に差が出てくる傾向が見られた．現在，計算時にはいかなる迎角でも主流に沿って平行に後流面をつけて解析しているが，迎角が大きくなると後流面は大きく変化すると考えられる．したがって，後流面のモデリングが実験値と計算結果の差として表れているのではないかと考えられる．
Without End Plate

With End Plate

h/c

h/c

450

450

Point1

Point1

CL

1

0.1

CD

C al. with E .P .
C al. without E .P .
E xp. with E .P .
E xp. without E .P .

C al. with E .P .
C al. without E .P .
E xp. with E .P .
E xp. without E .P .

0.5

0.05

0
-3

-2

-1

0
1
2
Attack angle (degs .)

3

4

0

5

CP

1

50
C al. with E .P .
C al. without E .P .
E xp. with E .P .
E xp. without E .P .

-3

-2

-1

0
1
2
Attack angle (degs .)

3

4

5

C L /C D
C al. with E .P .
C al. without E .P .
E xp. with E .P .
E xp. without E .P .

40
30

0.5

20
10
0

0

0

1

2
3
Attack angle (degs .)

4

5

-3

-2

-1

0
1
2
Attack angle (degs .)

3

4

5

，

，

−

−

翼端板有無による飛行高度変化
より，最大揚抗比をとる迎角はであった．次に，迎角での横軸に飛行高度・縦軸ににグラフを示す．圧力中心位置は飛行高度により変化
各空力係数をとったグラフを作成する．
でコード長
に対し，約
後方に移動している．揚抗比にしており，関して見ると，にかけて地面効果の影響がはっきり表れている．翼端板有りではからの低高度飛行に移ると，約もの揚抗比増加がみられるが，翼端板無しではしか揚抗比増加が見られない．翼端板が付いてる方が揚抗比の増加率が大きく，地面効果の半分の影響を顕著に受けるといえる．
1

CL

0.1

CD
C al. With E .P .
C al. Without E .P .
E xp. With E .P .
E xp. Without E .P .

C al. With E .P .
C al. Without E .P .
E xp. With E .P .
E xp. Without E .P .

0.05

0.5

0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0
0.3

0.7

0.35

0.4

0.45

1

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

H/C
CP

50
C al. Without E .P .
C al. Without E .P .
E xp. With E .P .
E xp. Without E .P .

C L /C D
C al. With E .P .
C al. Without E .P .
E xp. With E .P .
E xp. Without E .P .

40
30

0.5
20
10
0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0
0.3

0.7

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

H/C

，

，
翼端板の長さ変更による空力変化
変化
通常状態 ( 140mm )+2cm ( 160mm )H/C+4cm ( 180mm )H/C+6cm ( 200mm )

H/C

H/C

翼端板の長さを変更した状態で基準で計測する．
に実験結果を示す．
基準で飛行高度増のときはを設定したため，各翼端板長さで計測することのできない飛行高度があり，
から，
増のときは
から，
増のときは
から計測している．まず，翼端板の長さ変更により圧力中心は移動しないことがわかる．また，いずれの長さもの高後方に移動する．揚力係数に関しては翼端板を長くすると約ずつ増加し，抗度変化により約ずつ値が小さくなっている．したがって，揚抗比に関しては，翼端板長さが長く力係数に関しては約−−なるほど大きくなっており，
では通常状態からの翼端板の長さ増加で約の揚抗比のときにはほぼ同程度の揚抗比であったものが，低高度増加がみられる．高高度飛行時の時には揚抗比に大きな差が生まれることから，翼端板が長いほうが地面効果を受けやすく，揚抗比の増加が大きいと言うことができる．次に翼端板の下面から地面までの高さを基準とした飛行高度変化で実
験を行う．
CL

1

0.1

CD

+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

0.05

0.5

0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0
0.3

0.7

0.35

0.4

0.45

0.5

H/C
1

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

CP

40
+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

C L /C D
+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

30

0.5
20

0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

10
0.3

0.7

0.35

：

，

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

H/C

，

，

：

，

変化
通常状態 ( 140mm )+2cm ( 160mm )He+6cm ( 200mm )+4cm ( 180mm )

He

He

He

翼端板下面から地面までの間隔をとして飛行高度変化させる．
に実験結果を示す．横軸は，，，，で実験を行っている．飛行高度の基準
翼端板下面と地面の間隔であり，変化同様，圧力中心の移動量は変わっていない．しかし，揚力係数に関しを変更しただけなので，ては翼端板が短い方が約ずつ高くなっており，揚抗比に関しては翼端板増で，通常の翼端板か揚抗比が低下する．これは基準で計測した時と反対の現象が起こっており，この場合で
ら約は翼端板が短い方が性能が良いということになる．
このことに関してに主翼を基準で高度変化させたものと基準で高度変化させたとき一定で翼端板の長さを変化させたとき，翼端板が長くなるほど翼の主翼の簡易的な正面図を示す．
端板下面と地面との距離が狭くなる．この時，翼と地面の間の空間は一定で，長さ変化でより閉じられた空間を作るほど揚抗比は上がる．一方， 一定で翼端板の長さを変化させたとき，翼端板を長くす−−るほど翼下面と地面の間の空間は広くなっていく．この時，翼下面と地面との空間は狭いほど揚抗比がとを小さくすること，即ち，上がっていく．したがってより大きな地面効果を受けるためには，
翼下面と地面との空間が狭いということに加え閉じられた空間にするのが良いということがこの実験から言える．これは，翼下面に働くせき止め圧（ラム圧）が大きくなることに起因している．
CL

1

CD

0.1

+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

0.5

0

0.05

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0

0.12

0

0.02

0.04

H(m)
CP

1

0.06

0.08

0.1

0.12

H(m)
C L /C D

40
+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

+0cm
+2cm
+4cm
+6cm

30

0.5
20

0

0

，

0.02

0.04

，

0.06

H(m)

0.08

0.1

0.12

10

0

0.02

0.04

0.06

H(m)

0.08

0.1

0.12

：

，
通常(140mm)，

通常(140mm)

H/C
H+2cm (160mm)+2cm (160mm)

H/C
H

揚抗比
増加

+4cm (180mm)+4cm (180mm)

揚抗比
増加

H/C
H

+6cm (200mm)+6cm (200mm)

H/C
H

境界層影響の確認とで境界層影響でどの程度性能に差が出てくるのかを確認するため，主翼前縁位置をでは，ではの境界層厚みがあることが分かっ行う．前節の風速分布実験より，−−ている．これまでの実験は全てで行っており，境界層厚みが少ない位置で計測している．
に実験結果を示す．青丸が，赤丸がPoint1
Point2，緑ラインがポテンシャル理論による数値計算のではよりも約結果である．グラフから
h/c
h/c
前に圧力中心が来ていることが分かる．また，
ではよりも約揚力が大きく，抗力が小さくなって450で約ほいるため，揚抗比は巡航飛行高度
1300
はど大きくなっている．したがって，境界層厚み
模型に比べて非常に小さい値であるがその影響で実験結果が大きく変わることになる．境界層をいかに少なくす
るかがより良い実験を行うために重要となることが分かる．今回の実験は境界層厚みも少なく，比較的精緻な実験結果を得ることができたと言えよう．
1

CL
E xp. (P oint1)
E xp. (P oint2)
C al.

0.5

0.1

CD
E xp. (P oint1)
E xp. (P oint2)
C al.

0.05

0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0
0.3

0.7

0.35

0.4

0.45

1

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

H/C
CP
E xp. (P oint1)
E xp. (P oint2)
C al.

50

C L /C D
E xp. (P oint1)
E xp. (P oint2)
C al.

40
30

0.5
20
10
0
0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0
0.3

0.7

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

H/C

H/C

：

，

主翼可視化実験で行っ
翼端板を取り付けた状態と外した状態で翼端部の流れに関する可視化実験を行う．風速はとで翼端板ており，翼端板回りの流れが観察しやすいようにした．実験パターンとしては迎角有りの状態と無い状態の パターンで計測している．
に後方から見た流れを示す．右が翼端板有り，左が翼端板無しの場合である．両者翼端渦が鮮明に表れているのが分かる．しかし，後流の広がり方に違いがあり，翼端板なしの場合ではほぼまっす
ぐに流れてきているが，翼端板有りの場合，後流が外側に広がりながら流れていることが分かる．このに示す．右が翼端板有り，左が翼端板無しの場合であ違いに関して，流れを上方から見た図を−−る．やはり，翼端板がある場合，翼端板部付近では後方まっすぐに後流が流れてきているが，後ろに行
くにつれて広がりながら流れていくのが分かる．この様な後流の違いが，主翼性能に大きく関係している．今後，自由後流モデルの解析により得られた後流面を計算時に適用することで，さらに計算精度が上がる可能性がある．

：

， ：

：

， ：

追加実験
推進器単独性能試験
自航試験用
模型に搭載するダクテッドファンの単独性能試験も行っている．使用するダクテッドファンは内径，外形，である．推進器単独性能試験の実験装置セッ
最高回転数がに示す．実験は風速制御方式で行う．推進器のトアップ図をファンの回転数を一定に保ち，風洞風速 をの間でごとに変化させ，各風速における電圧，電流， 方向にかかを計測する．レイノルズ数影響も確認するため，ファる力，
ンの回転数は，，の 通りで行った．
という計測器を用
ファンの回転数，電圧，電流については，
いて計測している．この装置は，あらかじめ使用するモーターの特性をキャリブレーションしておき，モーターに流れる電圧，電流の関係
から回転数を算定して表示する計器である．電圧と電流からシステムに投入したパワー 消費電力 が算出され，一方，推力と風速から推進
−

−

昇降装置

検力計

U=0〜20m/s

スウォード

ダクテッドファン

E-meter

器が推力として行った仕事率が算出できるから，両者の比を取ることで効率が算出できる．従って，ここで得られる効率は，通常のプロペラ単独性能試験で得られる，推力の仕事率とトルクの仕事率の比で定義される空力的な効率ではなく，実際に推進器に入力したパワーに対して推進器がどれだけ推力として仕事をしたかを示す効率となる．すなわち，この効率にはモーターや配線ケーブルにおける損失が考慮されていることになる．
，効率 を求めた．
計測データから以下に示す定義式を用いて前進率 ，スラスト係数

ここでは風速， はファンの回転数， はダクテッドファンの外径， は得られた推力， は空気の密度， は消費電力を示す．
左図に前進率 とスラスト係数，効率 の関係，および右図に得られたスラスト係数を基に求めた機体の任意機速に対するファンの回転数 と推力 の関係を示す．左図において各回転数により大きな値の差はなく，レイノルズ数影響は少ないと考えられる．以下の式の様に，推力は機体重量に揚抗比の逆数をかけたもので表される．

この式にから，今回想定している全機模型の重量はであり，想定巡航速度での揚抗比をとすると，巡航時に必要な推力はとなる．必要推力は 機当たり
，即ち，グラフから約で充分ということになる．しかしこの計算は巡航時の話であるから，離水時にはさらに大きな推力が必要となるであろう．

η

Kt

0.5

T (kgf)1

η (25000rpm)
K t (25000rpm)
η (20000rpm)
K t (20000rpm)

0.44
V =1 (m/s )V =5 (m/s )V =10(m/s )V =15(m/s )V =20(m/s )V =25(m/s )

0.9
0.8

3
0.7
0.6

0.3

0.5
0.2

2

0.4
0.3

1
0.1

0.2
0.1

0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0

J

0

0

5000

10000

15000

N (rpm)

−

−

20000

：

25000

）

30000

まとめ
本研究では新しく設計した主翼模型を用いて，主翼の地面効果内での空力特性を調べた．飛行高度・迎角変化による空力特性を把握するだけでなく，翼端板有り・無し，翼端板の長さを変更した実験も行った．本研究の成果を以下に示す．
翼端板無しの状態から翼端板を付加すると，最大揚抗比をとる迎角 において，約もの揚抗変化においては翼端板有りの揚抗比増加量は翼端板無しの増加量
比増加が得られる．また，の約 倍もあり，翼端板を付加するとより大きな地面効果を獲得できる．
翼端板の高さ変更において，翼下面と地面の空間を閉じられたより狭い空間にするほど大きな揚抗比が得られる．単に翼端板を長くすることが性能向上につながるというわけではない．
境界層厚みにより，主翼の性能は悪くなる方向にシフトする．境界層厚みをいかに減らすかが実験を行う上で重要になる．
可視化実験において，翼端板の有無で後流の流れが大きく異なることが観察できた．
想定している全機模型での巡航飛行時のダクテッドファンの回転数はであることから，充分余力があるといえる．
数−−である．最高回転−−エネルギー効率向上のための船舶の風圧抵抗低減に関する研究
広島大学大学院工学研究科
教授 岩下 英嗣
研究目的の削減は世界的な課題であり，輸送機器関連分野でも取り組みが展開されている．船舶分
近年，
野の取り組みの一つに，船体の風抵抗の軽減がある．船は無風の場合でも航行速度 の 乗に比例する
程度ではあるが，強風の中での操船に対する風の影
抵抗を大気から受ける．空気の密度は海水の響や操舵のためのエネルギーも大きくなるので，風抵抗は無視できない．こうした背景を受け，本研究では船首形状，及び居住区・ホールドファンの有無による風抵抗の変化を，供試模型を用いた風洞試験による計測を通じて実験的に調べることを目的としている．
研究方法
船体の供試模型を用いて風洞通風型実験棟において風洞試験を行い，船体に対する風抵抗を計測する．
の供試模型をターンテーブルにセットし， 度刻みで模型を回転させ，それぞれの角度で風抵としている．船体の船首形状と居住区形状を変更，居住区・ホールドファ
抗を計測した．風速はン有無による風抵抗の調査，及びそれらの組み合わせについて実験を行った．
研究組織
本研究は下記のような組織で行った．
氏名

岩下 英嗣
田辺 晃弥
谷口 弘樹
池田 浩基
澤田 俊紀
伊藤 悠真
小川 恭平

所属

広島大学大学院工学研究科エネルギー・環境部門
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学工学部第四類輸送機器工学課程
広島大学工学部第四類輸送機器工学課程

職名
教授
修士
修士
修士
修士
年
年

役割・担当
年
年
年
年

代表者
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助

研究結果
供試模型
本実験で使用した供試模型は分割模型となっており，船首部形状 及び居住区を容易に取り替えることができる．船首形状としては，通常 斜め度切り落とし，通常 カウリング 囲い 追加，通常 フルに船体番号と実験状態，船首形状を示す．
に本実験でカバー追加の 種類を準備した．
に居住区の有無の状態を，にそれら使用した船首形状，及び居住区形状の異なる模型を，を組み合わせた状態の模型を示している．

−−

船体番号 実験状態及び船首形状
船体番号

居住区

デッキ上構造物

デッキ段差

○
○

幅変更

ホールドファン

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

フルカバー

○
○

○

○

カウリング

○

○

○

ホールドファン

○

○

○

度

○

○

○

斜め

○

○

○

通常

船首形状

○

○

○

ファンネル

○

○

デッキ段差なし
斜め 45 度切り落とし

002

003

004
幅変更
005

006

フルカバー

007

カウリング

船首形状，及び居住区形状の異なる供試模型

−

−

008

005

009

居住区無し 左 と有り 右 の供試模型

012

011

船首形状と船上構造物の組み合わせの様子
試験内容
風洞試験
分力計を用いて， ， ， 及び， ，を計測する． 分力計は模型の船体中央部下直に設置している 今回の実験ではにおいて，船尾方向を正の方向とする．模型船体の模式図と主要目をに示す．模型をターンテーブルに設置しており，角度を 度刻みで反時計回りに 度から度まで変えて実験を行う．船首が風洞の方向に向いている時を 度としている．また，風速は風洞設備の関係上で行うことにした．
は通風型風洞と模型の設置状態を示している．風洞の直径はであり，上部に設置してある風速計で風速を測っている．また，に座標系を示す． は風向
角， は風速を示している．

Df
主要目 (1/200)

B
L
ターンテーブル
6 分力計

模型図および模型主要目

−

−

L

1.0000m

Df

0.1365mB

0.1200m

風速計

1.7(m)

風速計

V
x

y

ψ

Fx

Fy

F.P.

x
A.P.

A.P.

F.P.

y

z

座標系

通風型風洞
結果・考察
船首形状，居住区形状の変更
風速

，風向角

での

を無次元化した前後風圧力係数を，次式のように定義する．

ただし， は船体の正面投影面積， は空気の密度であり，，で計算を行っている．
船首形状，及び居住区形状を変更した際の， 度でのの増減率をに示す．船体番号のを基準としている．
は角度によるの分布を示している．
度と度のの絶対値に大きな相違が見られるのは，ファンネルの影響が大きいためであると考えられる． 度におけるの絶対値が小さい．これは船首下部の形状が流線型となっており，抵抗を低減しているためである．また模型を横から見ると，船尾端をばっさりと切ったような形状である．
度におけるの絶対値が大きいことから，この形状は追い風を受けると大きな推力が期待できる．
居住区の幅を半分にしたのは，居住区の幅が通常のと比べて低減されることが確認さとフルカバーを追加した
では， を大きく低減できることれた．また，カウリングを追加したが分かった．
居住区・ホールドファンの有無による風抵抗の調査の増減率をに示す．船体番号は居住
居住区・ホールドファンの有無による， 度でののを基準とする．また，は角度によるの分布
区とホールドファンがない状態であり，を示している．居住区を追加したは，と比較すると風抵抗が増加し ホールドファンをと比較すると低減していることが確認された．
追加した
組み合わせ
の増減率を
に示す．船体番
船首形状，及び船上構造物変更の組み合わせによる， 度でのを基準としている．また，は角度によるの分布を示している．カウリングを追加した
号
ではの低減，フルカバーを追加した
ではの低減が確認できた．

−

−

0.25

Cx

0.2

船首形状，及び居住区形状の変更時の前後風圧力係数の増減率

002
003
004
005
006
007
008

0.15
0.1

船体番号

の増減率

0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15

0

90

の

0.25

180

degs.

270

360

船首形状，及び居住区形状変更時の風向角に対する分布

Cx

0.2
0.15

居住区・ホールドファンの有無による前後風圧力係数の増減率

005
009
010

0.1

船体番号

0.05

の増減率

0
-0.05
-0.1
-0.15

0

90

180

degs.

270

360

居住区・ホールドファンの有無にの風向角に対する分布
よる
0.25

Cx

0.2

船首形状，及び船上構造物の組み合わせによる前後風圧力係数の増減率

002
011
012

0.15
0.1

船体番号

0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15

0

90

180

degs.

270

360

船首形状，及び船上構造物の組みの風向角に対する分布
合わせた状態の
−

−

の増減率

まとめ
風抵抗増減率を船首形状，居住区，ホールドファンを変更した計 種類の供試模型で計測比較し，船首形状と船上構造物の変更による影響について考察を行った．本研究より得られた結論を次のように示す．
度と度において，
分かった．

の絶対値にファンネルの影響と思われる大きい相違が見られることが度においての絶対値が小さい．これは船首下部が流線型の形状であるため，抵抗を低減していると考えられる．
度においての絶対値が大きいことから，追い風を受けると大きな推力が期待できる．

風抵抗に対する居住区の影響は大きく，居住区を追加することによりが確認された．
ホールドファンを格納している状態の船型とフルカバーを追加したにおいて，増加すること，，を比較すると，カウリングを追加した
を大きく低減できることが分かった．

ホールドファンを追加した状態では，フルカバーを追加した
よりも， を低減できることが分かった

−

が約

−

の方がカウリングを追加した

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Fig.1 The schematic of an EMIࡢ๓᪉࡟ㄏ㟁ࣞࣥࢬࢆタ⨨ࡋࡓ⮬⏤✵㛫ἲࢆ᥇⏝ࡋࡓ㸬⿦⨨࡟
shielding measurement system.
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1000

DC conductivity(S/cm)

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100
10
1

0.1

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15

30

45
60
Angle(°)

75

90

Fig.2 DC conductivity for unidirectional CFRP.

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3.2. 㟁☢Ἴ㐽ⶸຠᯝࡢ᪉ྥ౫Ꮡᛶ
୍᪉ྥCFRPࡢSE᪉ྥ౫ᏑᛶࢆFig.3࡟♧ࡍ㸬ᅗࡼࡾ㸪SEࡣ90 rࢆቃ࡟ᕥྑᑐ⛠࡟ኚ໬ࡍ
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4CFRP0040
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60
90
120
150
180
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ࡣFig.2ࡢᑟ㟁⋡ ᐃ⤖ᯝ࡜ఝࡓഴྥ࡛࠶ࡿ࡜ࢃ࠿ࡿ㸬 Fig. 3. Directional dependence of shielding
effectiveness (SE) in unidirectional CFRP㸲㸬ࡲ࡜ࡵ୍᪉ྥCFRP ✚ᒙᯈࡢ㟁☢Ἴ㐽ⶸ≉ᛶࢆホ౯ࡋ㸪᫂☜࡞㟁☢Ἴ᪉ྥ౫Ꮡᛶࢆ᫂ࡽ࠿࡟ࡋࡓ㸬ࡑࡢୖ㸪㟁☢Ἴ㐽ⶸ࣓࢝ࢽࢬ࣒ࢆ᳨ウࡋ㸪ホ౯ࣉࣟࢭࢫࢆ☜❧ࡋࡓ㸬ࡲࡓ㸪CFRPࡣ㟁☢Ἴ㐽ⶸᮦᩱ࡜ࡋ࡚᭷ຠ࡛࠶ࡿࡇ࡜ࡀ☜ㄆࡉࢀࡓ㸬㸳㸬◊✲⤌⧊
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CuGaSe2 ࡢከ⤖ᬗ࢖ࣥࢦࢵࢺ(✀࢖ࣥࢦࢵࢺ)࡜⁐፹ࡢ In ࢆᡂ㛗ࡢࡓࡵ࣮࢝࣎ࣥࢥ࣮ࢺࡋࡓ
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Fig. 1 THM ཎ⌮ᅗFig. 1 ࡟♧ࡍࠋ࢔ࣥࣉࣝࡣࠊ㧗┿✵ୗ࡛ᑒධࡋࠊ࢔ࣥࣉࣝࢆ THM ⅔࡟ධࢀࡓࠋᡂ㛗 ᗘࡣ
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THM ἲ࡟ࡼࡗ࡚ᡂ㛗ࡉࡏࡓ CuGaSe2 ༢⤖ᬗࡢ⥺⭾ᙇಀᩘࡣࠊ10㹼300K ࡟࠾࠸࡚ XRD
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3.1 X⥺ᅇᢡ ᐃ
Fig. 2 ࡟ 300K ࡟࠾ࡅࡿ CuGaSe2 ༢⤖ᬗࡢ⢊ᮎ XRD ࢫ࣌ࢡࢺࣝࢆ♧ࡍࠋ(112)ࣆ࣮ࢡࠊ
(204)ࣆ࣮ࢡࠊ(312)ࣆ࣮ࢡࡢ୺せࣆ࣮ࢡࡣ ICDD ࢹ࣮ࢱ(#00-031-0456)࡜୍⮴ࡋࡓࠋࢫ࣌ࢡࢺࣝ࠿ࡽ␗┦ࡣほᐹࡉࢀ࡞࠿ࡗࡓࠋCuGaSe2 ༢⤖ᬗᅗࢆ Fig. 3 ࡟♧ࡍࠋCuGaSe2༢⤖ᬗࡣࠊ࢝ࢵࢺࡋ㙾㠃◊☻ᚋࠊ⢏⏺ࡣほᐹࡉࢀ࡞࠿ࡗࡓࠋ

(204)
(312)

Intensity [arb. unit](112)

THM CuGaSe2 Single crystal
ICDD
00-031-0456

300K

0

20

40

60

80

Diffraction Angle 2T [deg.]100

Fig. 2 The powder XRD spectrum of CuGaSe2 at room temperature

Fig. 3 CuGaSe2 single crystal grown by THM

−

−

3.2
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(1)

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K-1 ࢆ♧ࡋࠊሗ࿌ࡉࢀ࡚࠸ࡿ್࡜୍⮴ࡋ࡚࠸ࡿ[4]ࠋc ㍈⥺⭾ᙇಀᩘࡢ≉␗࡞ ᗘኚ໬
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5.77

10.97

5.76

10.96

5.75

10.95

5.74

10.94

5.73

10.93

5.72
0

50

100

150

200

250

Temperature [K]

300

10.92
350

Fig. 4 Temperature dependence of lattice constants−−

c-axis [䊅]a-axis [䊅]THM CuGaSe2 Single crystal

-6

-6

5.0 10THM CuGaSe2 Single crystal-6

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-6

0.0

-6

3.0 10-1-1a-axis 䃐th [K ]4.0 10-6-2.5 10a-axis-6

2.0 10c-axis-6

1.0 100.0
0c-axis 䃐th [ K ]5.0 10-6-5.0 10-6-7.5 10

-6

50

100

150

200

250

Temperature [K]300-10.0 10350

Fig. 5 Temperature dependence of linear thermal expansion

㸲. ࡲ࡜ࡵ
THM ࡟ࡼࡗ࡚ CuGaSe2 ༢⤖ᬗࡢస〇࡟ᡂຌࡋࡓࠋXRD ᐃ࠿ࡽ ICDD ࣃࢱ࣮ࣥ࡜୍⮴ࡋࠊ␗┦ࡣ☜ㄆࡉࢀ࡞࠿ࡗࡓࠋ ᗘୖ᪼࡜࡜ࡶ࡟ a ㍈ࡢ᱁Ꮚᐃᩘࡣቑຍࡋࠊc ㍈ࡣῶᑡࡋࡓࠋ᱁Ꮚᐃᩘࡼࡾ⟬ฟࡋࡓ c ㍈ࡢ⥺⭾ᙇಀᩘȘc ࡣࠊ100 K ௨ୗ࡟࠾࠸࡚㈇ࡢ್ࢆ
♧ࡋࡓࠋሗ࿌ࡉࢀ࡚࠸ࡿ CuGaSe2 ࡢప ࡟࠾ࡅࡿ㑄⛣࢚ࢿࣝࢠ࣮ࡢቑຍࡣࠊ㈇ࡢ⥺⭾ᙇಀᩘ࡟㉳ᅉࡋ࡚࠸ࡿ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋᘬ⏝ᩥ⊩[1] S. Ozaki, M. Sasaki, and S. Adachi: Phys. Status Solidi (a) 203 (2006) 2648.
[2] A. Nagaoka, K. Yoshino, T. Taniyama, and H. Miyake, Jpn. J. Appl. Phys. 50 (2011)
05FB04.
[3]A. Bauknecht, S. Siebentritt, J. Albert, Y. Tomm, and M. C. Lux-steiner, Jpn. J. Appl. Phys.,
Suppl. 39 (2000) 322.
[4] A. Bauknecht, S. Siebentritt, J. Albert, Y. Tomm, and M. C. Lux-steiner, Jpn. J. Appl.
Phys., Suppl. 39 (2000) 322.
[5] S. Ozaki, and S. Adachi, J. Appl. Phys. 100 (2006) 113526.

−−

Ⓨ㟁ᶵ⬟䜢᭷䛩䜛䝘䝜䝁䞁䝫䝆䝑䝖䛾㛤Ⓨ༓ⴥ኱ᏛᕤᏛ◊✲⛉ᶵᲔ⣔䝁䞊䝇⬌ ᑀ䠍䠊 ┠ⓗ㏆ᖺ㸪ࢼࣀࣇ࢕࣮ࣛࡢඃࢀࡓ㟁Ẽ࣭⇕≉ᛶࢆ⏕࠿ࡋ࡚㸪ᶵ⬟ᛶࢼࣀࢥ࣏ࣥࢪࢵࢺࡢ㛤Ⓨ࡟࠾࠸࡚┠ぬࡋ࠸㐍Ṍࡀ࠶ࡾ㸪ඃࢀࡓ≉ᛶࡀᐇ㦂࡟ࡼࡾ᫂ࡽ࠿࡟ࡉࢀ࡚࠸ࡿ㸬ࡲࡓ㸪ࢼࣀࢥ࣏ࣥࢪࢵࢺ࡛ࡣ࡞ࡃ㸪ᅽ㟁࣏࣐࣮ࣜ༢యࡢ࢚ࢿࣝࢠ࣮ࣁ࣮࣋ࢫࢸ࢕ࣥࢢᛶ⬟࡟㛵ࡍࡿᩘᑡ࡞࠸◊✲ࡀ⾜ࢃࢀ࡚࠾ࡾ㸪‽㟼ⓗࡢሙྜ(1Hz)㸪ᚑ᮶ࡢᅽ㟁ࢭ࣑ࣛࢵࢡ⣲Ꮚࡼࡾ 100㹼
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Fig. 1 Scanning electron micrograph of fracture surface in NCH-5 under 74 MPa at 35oC.
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5. ᡂᯝሗ࿌
Masaki YAMAMOTO, Yoshihiro NAKAZATO, Shijie ZHU, Arimitsu USUKI and Makoto KATO, Creep
Behavior of Nylon 6 Clay Hybrid Nanocomposites at Room and High Temperatures, International Conference on
Advanced Technology in Experimental Mechanics 2011 (ATEM¶11), September 19-21, 2011, Kobe, Japan6. ◊✲⤌⧊◊✲௦⾲⪅ ⚟ᒸᕤᴗ኱Ꮫᩍᤵ ᮒ ୡᮽ

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[2] 㢼࣭ἼᾉඹᏑሙ࡟࠾ࡅࡿỈᵴヨ㦂[1]࡟ࡼࡾ᳨ウࡉࢀࡓᾋయ࡟ࡘ࠸࡚ᐇ㝿࡟ᶍᆺ〇సࢆ⾜࠸Ỉᵴヨ㦂࡟࠾࠸࡚㐠ືィィ㸪⣴ᙇຊ㸪ࢼࢭࣝ㒊ࡢຍ㏿ᗘ➼ࡢࢆ⾜࠺㸬㏆ᖺ㸪㸳MW ࢡࣛࢫࡢ኱ᆺ㢼㌴ࢱ࣮ࣅࣥࡢᮦ㉁ࡣ GFRP ➼ࡢඛ➃ᮦᩱࡀ⏝࠸ࡽࢀࡿࡓࡵ୍⩼ࡀ࠾ࡼࡑ㸰㸮㹼㸱㸮ࢺࣥ⛬࡟࡞ࡗ࡚࠸ࡿ㸬1/100 ࢫࢣ࣮ࣝࡢᶍᆺ࡟᥮⟬ࡍࢀࡤ㸰㸮㹼㸱㸮ࢢ࣒ࣛ⛬࡛〇సࡋ࡞ࡃ࡚ࡣ࡞ࡽࡎ┦ఝẚࢆྜࢃࡏࡓᐇ㦂ࡣ㠀ᖖ࡟㞴ࡋ࠸㸬⏦ㄳㄢ㢟࡛ࡣ┦ఝẚࢆྜࢃࡏࡓ⩼ࢆᐇ㝿࡟〇సࡋ㢼࣭ἼᾉඹᏑሙ࡛ࡢỈᵴヨ㦂ࢆ⾜࠺㸬y ⤖ᯝ
[1] ᭱㐺࡞ TLP ࡢ୺せ┠
ୖ㏙ࡢ᪉ἲ࡟ࡼࡗ࡚Ỵᐃࡋࡓᾋయ(Model550)ࡢ୺せ┠ࢆ Table1 ࡟♧ࡍ㸬ࡲࡓ㸪TLP ᾋయ㸪࠾ࡼࡧ㢼㌴ࡢእほᅗࢆ Fig.
1 ࡟♧ࡍ㸬

−−Table 1 Principal particulars of Model550 sub structure
Model 550

Full scale

Model scale

Displacement

tons

3500

g

3500

Draft

m

38

cm

38

Initial tension

tonf

2260

gf

2260

# of mooring line

-

6

-

6

Fig. 1 Model 550 ࡢᴫほᅗ[2]Ỉᵴヨ㦂⤖ᯝ
TLP ࡟࠾࠸࡚᭱ࡶ኱ษ࡞ࡶࡢࡀ㸪ࢫࣛࢵࢡࡋ࡞࠸࡜࠸࠺ࡇ࡜࡛࠶ࡿ㸬ࡇࡇ࡛ࡣึᮇࢸࣥࢩࣙࣥࡀ㐺ษ࡛࠶ࡗࡓ࠿࡝࠺࠿
ࢆ♧ࡍ㸬(Fig.2)
Fig.2 ࡣ඲࡚ࡢἼᾉ᮲௳㸪㢼㏿᮲௳࡟࠾ࡅࡿኚືᙇຊࡢ್ࢆ
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Fig. 2 Tension loads due to waves and wind (Model550)yᡂᯝሗ࿌
i. TLP ᆺὒୖ㢼ຊⓎ㟁ࡢ᭱㐺ᙧ≧࡜㐠ືᛂ⟅࡟㛵ࡍࡿ◊✲, ஧⎼Ὀ⠊㸪ᯇᾆࡳ࡝ࡾ㸪⸨ᒸᘯᖾ㸪㕥ᮌⱥஅ, ᪥ᮏ⯪⯧ᾏὒᕤᏛ఍᫓Ꮨㅮ₇఍,2011 ᖺ 6 ᭶ii. Aerodynamic Effect on TLP Type Wind Turbines and Predictions on the Electricity They Generate㸪Yasunori Nihei and
Hiroyuki Fujioka, Journal of Marine Science and Application,June,2011
iii. An Approach for the Optimum Design of TLP Type Offshore Wind Turbine, Yasunori Nihei, Midori Matsuura, Hiroyuki
Fujioka and Hideyuki Suzuki, 30th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering,June,2011
iv. Gyro effect of rotating blades on the floating wind turbine platform in waves, Fujiwara Hideo, Takashi Tsubogo, Yasunori
Nihei, The Twenty First (2011) International Offshore and Polar Engineering Conference,June,2011

y

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ᮏᖺᗘ䛿䚸䝍䞊䝡䞁䛚䜘䜃Ⓨ㟁ᶵ䜢ᦚ㍕䛧䛯 BBDB ୰ᆺᶍᆺ䛾つ๎Ἴ୰Ⓨ㟁ᐇ㦂䜢⾜䛔䚸Ⓨ㟁ຠ⋡䠄᭱⤊ຠ⋡䠅䛾࿘Ἴᩘ≉ᛶ䛸ᾋయ㐠ື䜢䜘䜚ヲ⣽䛻ㄪ䜉䜛䛣䛸䛻䜘䜚୧⪅䛾㛵ಀ䜢᫂䜙䛛䛻䛧䛯䚹2㸬ᐇ㦂᪉ἲ
Ỉᵴᐇ㦂䛻౑⏝䛧䛯 BBDB ᶍᆺ䜢 Fig.1 䛻♧䛩䚹ᶍᆺ䛿䜰䝹䝭〇䝣䝺䞊䝮䛸እẆ䚸䝞䝷䝇䝖䚸䝍䞊䝡䞁䛚䜘䜃Ⓨ㟁ᶵ㒊䚸ィ䛛䜙ᵓᡂ䛥䜜䜛䚹Table 1 䛻ᶍᆺ⥴ඖ䜢♧䛩䚹ᶵჾTable 1 Specification of Model
Length overall
2.50m
Breadth2.30m
Buoyancy module draft
0.45m
Draft
1.05m
Displacement
2.56m3Longitudinal center of gravity
1.42m (from bow)
Center of Gravity(C.O.G)
0.74m (from bottom)
Radius of gyration (Roll) Kxx
1.00m
Radius of gyration (Pitch) Kyy
1.00m
Radius of gyration (Yaw) Kzz
1.03m

Fig.1 BBDB modelᐇ㦂䛿஑ᕞ኱Ꮫᛂ⏝ຊᏛ◊✲ᡤ䛾῝ᾏᶵჾຊᏛᐇ㦂Ỉᵴ䛻䛶ᐇ᪋䛧䛯䚹Ỉᵴ䛿඲㛗 65m䚸ᖜ 5m䚸Ỉ῝ 7m 䛷䛒䜛䚹Fig.2 䛻ᐇ㦂ᶵჾ㓄⨨ᅗ䜢♧䛩䚹Ỉᵴ୰ኸ㒊䛻୰ᆺᶍᆺ䜢ಀ␃䛧䛯䚹BBDB ⯪㤳㒊䛾ᕥྑ 2 䞄ᡤ䜢䝽䜲䝲䞊ಀ␃䛧䛯䚹Ỉᵴ➃䛻タ⨨䛥䜜䛯㐀Ἴᶵ䛷つ๎Ἴ䜢Ⓨ⏕䛥䛫䚸つ๎Ἴ୰䛻䛚䛡䜛 BBDB 䛾Ⓨ㟁㔞䜢ィ 䛧䛯䚹ධᑕἼἼ㧗䛿 BBDB Ἴୖഃ䛸Ἴୗഃ䛻タ⨨䛧䛯Ἴ㧗ィ䛷ィ 䛧䛯䚹ྠ᫬䛻✵Ẽᐊෆ㒊䛾Ỉ఩ኚື䛚䜘䜃ᅽຊ䜢ィ 䛧䛯䚹㐠ື䛿䝡䝕䜸䝖䝷䝑䜻䞁䜾䛻䜘䜚ィ 䛧䛯䚹10Hz 䛷䝬䞊䜹䞊⏬ീ䜢᧜ᙳ䛧䚸MVTec ♫〇 HALCON 䜢⏝䛔䛶ኚ఩䜢ィ 䛧䛯䚹㐠ື䛾ᅛ᭷࿘ᮇ䛿 Surge ᪉ྥ䛜 2.68 ⛊䚸Heave ᪉ྥ䛜 2.92 ⛊䚸Pitch ᪉ྥ䛜 2.68 ⛊䛷䛒䛳䛯䚹䛣䜜䛿ධᑕἼἼ㛗䃚䛸≀యL 䛾ẚ 䃚/L 䛻᥮⟬䛩䜛䛸䝃䞊䝆䠄๓ᚋᦂ䠅᪉ྥ 4.46䚸䝠䞊䝤䠄ୖୗᦂ䠅᪉ྥ 5.33䚸䝢䝑䝏䠄⦪ᦂ䠅᪉ྥ 4.46 䛻┦ᙜ䛩䜛䚹

Fig.2 Arrangement of experimental equipments−−3㸬ᐇ㦂⤖ᯝཬࡧ⪃ᐹ
Fig.3 䛻᭱⤊ຠ⋡䠄ධᑕἼ䜶䝛䝹䜼䞊䛸Ⓨ㟁䜶䝛䝹䜼䞊䛾ẚ䠅䛾࿘Ἴᩘ≉ᛶ䚸Fig.4䡚Fig.6 䛻䛭䜜䛮䜜䝃䞊䝆䚸䝠䞊䝤䚸䝢䝑䝏䛾↓ḟඖ㐠ື᣺ᖜ䜢♧䛩䚹᭱⤊ຠ⋡䛿䃚/L=3.52 䛻䛚䛔䛶᭱኱ 31%䜢♧䛧䛯䚹䛭䛾࿘ᮇ䛷䛿䝃䞊䝆䛚䜘䜃䝠䞊䝤㐠ື᣺ᖜ䛜᭱኱䛸䛺䜚䚸䝢䝑䝏㐠ື᣺ᖜ䛜ᴟ኱್䜢䜒䛴䚹䜎䛯䚸᭱⤊ຠ⋡䛜᭱኱䛸䛺䜛Ἴ࿘ᮇ䛿䚸๓⠇䛻♧䛧䛯䛭䜜䛮䜜䛾㐠ື䛾ᅛ᭷࿘ᮇ䛻䛿┦ᙜ䛧䛺䛔䚹Fig.7 䛻䝃䞊䝆䜢఩┦ᇶ‽䛸䛧䛯ሙྜ䛾ෆ㒊Ἴ㧗䛾఩┦䜢♧䛩䚹ᮏ᮶఩┦ᕪ䛿䠉䃟䡚䃟䛾⠊ᅖ䛷䛒䜛䛜䚸䃟䛷๭䛳䛶-1䡚1 䛾⠊ᅖ䛷఩┦ᕪ䜢⾲䛧䛶䛔䜛䚹ྠ䛨䛟 Fig.8 䛻䝢䝑䝏䜢఩┦ᇶ‽䛸䛧䛯ሙྜ䛾ෆ㒊Ἴ㧗䛾఩┦䜢♧䛩䚹䃚/L=3.52 ௜㏆䛷䛿䝃䞊䝆㐠ື䛸䝢䝑䝏㐠ື䛸䝎䜽䝖ෆ㒊䛾Ỉ㐠ື䛜䜋䜌㏫఩┦䛸䛺䜛䛯䜑䚸㧗䛔ෆ㒊ᅽຊ䛜⏕䜎䜜䚸㧗䛔᭱⤊ຠ⋡䜢⏕䜐䛣䛸䛜᫂䜙䛛䛻䛺䛳䛯䚹

Fig.3 Final conversion efficiency

Fig.4 Amplitude of motion (Surge)

Fig.5 Amplitude of motion (Heave)

Fig.6 Amplitude of motion (Pitch)

Fig.7 Phase of inner wave height (Surge Based)

Fig.8 Phase of inner wave height (Pitch Based)4㸬⤖ㄽ᣺ືỈᰕᆺἼຊⓎ㟁⿦⨨䛂ᚋ䜝᭤䛢䝎䜽䝖䝤䜲䛃䛾つ๎Ἴ୰Ⓨ㟁ᐇ㦂䜢⾜䛔䚸᭱⤊ຠ⋡䛾࿘Ἴᩘ≉ᛶ䜢ồ䜑䛯䚹᭱⤊ຠ⋡䛜᭱኱䛸䛺䜛Ἴ࿘Ἴᩘ䛷䛿䝃䞊䝆㐠ື䛸䝢䝑䝏㐠ື䛸䝎䜽䝖ෆ㒊䛾Ỉ㐠ື䛜㏫఩┦䛸䛺䜛䛣䛸䜢᫂䜙䛛䛻䛧䛯䚹௒ᚋ䛿ᐇ㝿䛾ᾏὒἼ䜢ᶍ䛧䛯୙つ๎Ἴ୰䛻䛚䛡䜛Ⓨ㟁ຠ⋡䛾◊✲䜢ᐇ᪋ணᐃ䛷䛒䜛䚹
5㸬ᡂᯝሗ࿌
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1.

INTRODUCTION
Total hip arthroplasty (THA) has been the standard treatment for patients with progressive osteoarthritis, yet
continues to cause complications such as dislocation. The smaller size of the ball compared to the anatomical femoral
head decreases the range of motion (ROM) of the implant, increasing the risk of impingement. The debris particles
generated from the wear are a known cause of osteolysis, and along with stress shielding, these factors lead to implantloosening and fracture. The need for a better functional implant has renewed interests in metal-on-metal (MOM)
implants, specifically resurfacing hip arthroplasty (RHA). The main advantage over THA is that the process involves
less bone removal. Due to the implant maintaining the size of the femora head, studies have reported increase ROM andthis decrease in rate of dislocation. While metal ion release is a known issue with MOM implants, the primary
complication of RHA is spontaneous femoral neck fracture [3]. Large strains near the rim of the implant and notching of
the femoral neck have been associated to the cause of fracture.
The purpose of this study was to observe common complications reported for THA and RHA implants byconducting FEA and analyzing stress, strain energy density (SED), and damage formation in the femur with hiparthroplasties.
2.

FINITE ELEMENT ANALYSISCT images from the lumbar to the knee of a 54-year old male were used to create a three-dimensional bone model.
CAD models of THA and RHA implants were imported and positioned as shown in Fig.1. Inhomogeneous mechanicalproperties of the bone were determined by Hounsfield Unit of the CT images. Ti alloy and alumina properties wereassigned to the stem and the ball of the THA implant respectively. Co-Cr alloy properties were assigned to the RHA
implant. The material properties of each of the components are summarized in Table 2. Both implants were considered
to be bonded at the bone-implant interface.
To mimic climbing downstairs, a surface load was applied at 12° in the frontal plane and 35° degrees in thetransverse plane. The load itself was set to 10kN to maximize the occurrence of fracture. Displacement and rotation was
fixed in all directions at the distal end (Fig. 2).
Fracture mechanics of the femur were based on predictions made by Keyak et al. The load bearing strain was setWR ȝ WKH SK\VLRORJLFDO ERQH ORDGLQJ WKDW OHDGV WR ERQH IRUPDWLRQ 7KH WHVW VWUHQJWK ZDV VHW WR  RI WKH \LHOG
strength determined from the CT images.
Table 1. Material properties for FEA
Property
Ti-6Al-4V
Alumina
Co-Cr-Mo
Elastic modulus (GPa)

370
230
Poisson ratio
0.34
0.22
0.3
Critical stress (GPa)

0.4
0.94
Yield Stress (GPa)
0.97
3.0
2.7
3
Density (g/cm )
4.43
3.96
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Fig. 1. Simulation models

Fig.2 Boundary conditions

3.

RESULTS
Fig. 3 shows the fracture sites of the FEA models. Tensile fracture is represented in white and compressive
fracture in red. In the IB model, tensile fracture began appearing at 3.5BW at the trochanteric fossa. At 5.9BW,
FRPSUHVVLYH IUDFWXUH DSSHDUHG DW WKH LQIHULRU FRPSRQHQW RI WKH IHPRUDO QHFN 7KH IDLOXUH ORDG ZDV %: DQG WKHIUDFWXUH VLWH ZDV WUDQVFHUYLFDO LQWUDFDSVXODU ,Q WKH 5+$ PRGHO IUDFWXUH EHJDQ DW %: ZLWK ERWK WHQVLOe andcompressive fracture appearing around the rim of the implant at the inferior neck area. This was followed by tensile−−fracture at the trochanteric fossa at 4.0BW. At 6.2BW, internal fracture emerged around the middle section. The failureload was 9.6BW and the fracture site was trancervical intracapsular. The THA model did not fail, and only showed
IUDFWXUHDSSHDUHGDURXQGWKHWLSRIWKHLPSODQWVWHPDQGDWWKHFRUQHUHGJHDWWKHWRSRIWKHVWHPDW%:DQG%:
respectively. At 11.1BW, tensile fracture appeared along the diaphysis.
The distribution of the maximum principal stress is shown in Fig. 4. For the bone and RHA models, stress isspread across the top of the femoral neck. Stress is also concentrated around the tip of the THA implant. High stressconcentration along the lateral side of the femur is evident in all models. Fig. 5 shows minimum principal stress. All
models have a high stress concentration along the medial side. Stress concentration also exists around the bone-implantinterface in the THA model. The IB model also has stress distributed around the femoral head.
The distribution of SED is shown in Fig.6. SED is significantly lower in the THA model compared to the othertwo models. The IB model and the RHA model show very similar results, with high density values along the medial
side of the femur. Both implant models, however, show densities concentrated at the tip of the implant stem.
4.

DISCUSSION
Unlike RHA, the main complication associated with THA is aseptic loosening, primarily due to osteolysis causedby stress shielding. Compared to intact femurs, femurs with THA experience less stress due to the transfer of load to theimplant. Decrease in stress is noticeable around the lower half of the implant stem. It is also evident around the medialcortex, where compressive fracture is present. The significant decrease in SED between the THA and the IB model isalso an indication of stress shielding in effect. The figures also indicate bone thickening as there is an increase in stressand SED around the tip of the implant stem. These two areas have been known to cause periprosthetic remodeling [5-7].
The main differences between the IB and the RHA model are the initiation of the fracture and the mode of propagation.
With the IB model, compressive fracture at the neck inferior propagated internally in an even and gradual manner.
Internal fractures were also present in the RHA model due to the transfer of load towards the implant stem, but in
addition, fractures at the inferior area of the neck propagated externally along the rim of the implant. The propagation ofthese fractures may be amplified with the presence of notching []. There is also a noticeable decrease in SED in thefemoral neck which can be linked stress shielding, as well as increased area around the tip of the implant stem,suggesting bone thickening.

Fig.3 Fracture locations

Fig. 4. Maximum principal stress distribution

Fig. 5 0LQLPXPSULQFLSDOVWUHVVDW%:
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INTRODUCTION
In current orthopedic treatments, artificial bone substitutes composed of bioactive ceramics are often used instead of
autograft and allograft to obtain bone tissue ingrowth in damaged regions. In particular, porous bioceramics such as
K\GUR[\DSDWLWH +$ DQGȕ-TCP have been applied in the clinical situations in order to enhance bone ingrowth into theartificial substitutes. After implantation, their mechanical characteristics are affected and changed by both bone tissue
regeneration into the porous structures and the absorption behavior for the case of bioresorbable ceramics. However, thedetailed mechanism has not been clarified yet.
The primary objective of this study is to quantitatively evaluate the effects of bone tissue regeneration on thecompressive mechanical behavior of different types of artificial bone substitutes on the basis of in vivo experiment andimage based computer simulation.
EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL METHODS
Two different types of porous aritificial bone substitutes, resorbable HA and nonresorbable HA,were implanted into
femurs of rabbits to perform in vivo study of bone regeneration. The micro-porous structures of the bone substitutes areshown in Fig.1. It is noted that both the substitutes have interconnected pores so that bone tissue is easily able to growinto the porous structures. The longest period of implantation was 48 weeks. After certain periods of implantation, thebone substitutes were removed from the femurs and compression mechanical tests were conducted to evaluate thecompressive deformation behavior. SWUXFWXUDO DQDO\VLV XVLQJ ȝ-CT images and histological analysis were also
performed to characterize the bone ingrowth behavior.
7KHȝ-CT images scanned periodically were used to construct finite element models of the bone substitutes with bone
tissue ingrowth. Three cubic models were constructed for each of the samples, and finite element analysis was
performed under a simple compressive loading condition with 1 N loading. Averaged compressive modulus was
obtained from each of the FEA models and compared with the experimental results.

(a) Resorbable(b) Nonresorbable
Fig.1 Porous microstructures(a) Resorbable(b) Nonresorbable
Fig.2 FEA models

RESULTS AND DISCUSSION
The bone ingrowth behaviors are shown in Fig.3. It is clearly seen that at one week, partial ingrowth is observed in theresorbable HA, while there is no ingrowth seen in the nonresorbable HA. After 48 weeks implantation, bone tissue fully
grew into the porous structures.
Strain energy density (SED) distributions are shown in Fig.4. In the resorbable HA, SED at one week is very similar
with that at 48 weeks. On the other hand, in the nonresorbable HA, high localized SED concentrations are seen at one
week, and such concentrations are evenly reduced at 48 weeks.
Variation of the compressive moduli are shown in Fig.5. The FEA results well coincide with the experimental. In theresorbable HA, the modulus increases in 5 weeks and then almost keep constant up to 48 weeks. It is thus expected thatbone regeneration is saturated at 5 weeks. On the contrary, the modulus of the nonresorbable HA tends to increase up to
24 weeks, and then decrease up to 48 weeks. It is expected that in the nonresorbable HA, bone tissue is regenerated
excessively until 24 weeks, and tends to be reduced due to bone remodeling.
It is thus concluded that the nonresorbable HA is suitable for bone regeneration in older patients who have relatively
weak bone structure such as osteoporosis. On the other hand, the resorbable HA may be used for bone regeneration inyounger patients who have normal bone structure and remodeling ability.

−−

one week
48 weeks
one week
48 weeks(a) Resorbable HA(b) Nonresorbable HA
Fig.3 Bone ingrowth behavior

one week
48 weeks
one week
48 weeks(a) Resorbable HA(b) Nonresorbable HA
Fig.4 Distribution of strain energy density(a) Resorbable HA(b) Nonresorbable HA

Fig.5 Variation of compressive modulus
ᡂᯝሗ࿌1) Li-Mei Ren, Takaaki Arahira, Mitsugu Todo, Hideki Yoshikawa and Akira Myoui, Biomechanical evaluation of
porous bioactive ceramics after implantation: micro CT-based three-dimensional finite element analysis, Journalof Materials Science: Materials in Medicine, 2011 (DOI 10.1007/s10856-011-4469-2)
2) T. Arahira, M. Todo, A. Myoui and H. Yoshikawa, Effects of bone tissue regeneration on mechanical behavior of
porous bioceramics, 4th International Conference on Mechanics of Biomaterials and Tissues, Hawai’I, 2011.
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1.

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Fig.1 Flexural properties of HAp/PLLA composites.
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5. ◊✲ᶵ㛵◊✲௦⾲⪅㸸ᒣᙧ኱Ꮫ኱Ꮫ㝔 ⌮ᕤᏛ◊✲⛉ ຓᩍ◊✲༠ຊ⪅㸸஑ᕞ኱Ꮫᛂ⏝ຊᏛ◊✲ᡤ ෸ᩍᤵ−−

Fig.2 Mode Ϩ fracture properties of
HAp/PLLA composites.
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波浪エネルギー回収システムの概要 Ἴᾉ࡟ࡼࡗ࡚ᘬࡁ㉳ࡇࡉࢀࡿ⯪య㐠ື࡜ࡋ࡚ࡣࠊ⦪ᦂࢀࡀ᭱ࡶ㢧ⴭ࡛࠶ࡾࠊࡇࡢ㐠ືࢆ௓ࡋࡓἼᾉ࢚
ࢿࣝࢠ࣮྾཰ࢩࢫࢸ࣒ࢆ┠ᣦࡍࠋෆ㒊ࡢỈࡀ⮬⏤࡟⛣ືྍ⬟࡞ U Ꮠᆺࢱࣥࢡࢆ⯪⯧࡟タ⨨ࡍࡿ࡜ࠊࢱࣥ
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システム設計に関する基礎的検討 㐣ཤ࡟๓౛ࡢ࡞࠸᪂ࡋ࠸Ἴᾉ࢚ࢿࣝࢠ࣮྾཰࡛࠶ࡿࡓࡵ㸪ලయⓗ࡞タィ࡟ࡣከࡃࡢࣔࢹࣝࢣ࣮ࢫࢆ஦๓࡟᳨ウࡍࡿᚲせࡀ࠶ࡿ㸬ࡑࡇ࡛஑ᕞ኱Ꮫᛂ⏝ຊᏛ◊✲ᡤࡢᮎྜྷㄔຓᩍࡀ㛤Ⓨࡋ࡚ࡁࡓ MPS ἲ㸦⢏Ꮚἲ㸧࡜኱㜰኱Ꮫࡀᚓព࡜ࡍࡿἼᾉ୰⯪య㐠ືணࢆ⤌ࡳྜࢃࡏࡿࡇ࡜࡛㸪Ἴᾉ୰⯪యືᦂ᫬ࡢ」㞧࡞Ỉ⟶ෆὶࢀࢆ஦๓࡟ᢕᥱࡍࡿࡇ࡜࡜ࡋࡓ㸬 ᮏ◊✲࡛ࡣᅜෆ㐀⯪ᡤࡢ୺ຊ࡛࠶ࡾࠊࣂࣛࢫࢺ≧ែ࡛ࡢ㐠⯟ࡀぢ㎸ࡲࢀࡿࣂࣝࢡ࢟ࣕࣜ࢔࣮ࢆᑐ㇟࡜
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成果報告
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6.

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7.

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86
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(1)

Tabata, S., et al., Proc. of the 7th International Conference on Flow
Dynamics (2010), pp.314-315.
஭ୖ㞞ᘯ㸪௚㸪ࢱ࣮࣎ᶵᲔ㸪vol.30,No.8 (2002),pp.46-51.

(2)

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S. Inoue ࡯࠿, Appl. Phys. Lett. 88, 261910 (2006).

6㸬

T-W Kim ࡯࠿, Appl. Phys. Lett. 88, 121916 (2006).

7㸬

S. Inoue ࡯࠿, Appl. Phys. Lett. 91, 201920 (2007).

8㸬

S. Inoue ࡯࠿, Appl. Phys. Lett. 91, 131910 (2007).

9㸬

K. Okamoto ࡯࠿, Appl. Phys. Lett. 93, 251906 (2008).

10㸬

N. Matsuki ࡯࠿, Solid State Communications, 136, 338 (2005).

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1) Y. Nanishi, Y. Saito, T. Yamaguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) 2549.
2) A. Yoshikawa, X. Wang, Y. Ishitani, A. Uedono, Phys. Stat. Sol. A 207 (2010) 1011.
3) Y. Zhang, Y. Liu, T. Kimura, M. Hirata, K. Prasertusk, S. Ji, R. Katayama, T. Matsuoka, Phys. Stat. Sol. C 8 (2011)482.
4) K. Sasamoto, K. Sugita, A. Hashimoto, A. Yamamoto, J. Cryst. Growth 314 (2011) 62.
5) Y. Kumagai, J. Kikuchi, Y. Nishizawa, H. Murakami, A. Koukitu, J. Cryst. Growth 300 (2007) 57.
6) H. Murakami, K. Eriguchi, J. Torii, H.-C. Cho, Y. Kumagai, A. Koukitu, J. Cryst. Growth 310 (2008) 1602.
7) R. Togashi, T. Kamoshita, H. Adachi, H. Murakami, Y. Kumagai, A. Koukitu, Phys. Stat. Sol. C 6 (2009) S372.

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ࡋ࡚ࠊ1/2 ⛬ᗘ࡛࠶ࡗࡓࠋࡇࢀࡣ GaN ẕయᮦᩱࡢ⤖ᬗᛶࡀྥୖࡋࡓࡇ࡜࡟ࡼࡾ㧗 ࡟࠾࠸࡚ࡶḞ㝗࡞࡝࡟ࡼࡿ㠀㍽ᑕࣉࣟࢭࢫࡀᢚไࡉࢀࠊGaN ẕయᮦᩱ࠿ࡽ Eu ࡬ࡢ࢚ࢿࣝࢠ
࣮㍺㏦ࡀຠ⋡ⓗ࡟⾜ࢃࢀ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࢆ♧ࡍࠋࡲࡓࠊ㠀㍽ᑕ෌⤖ྜࡢᙳ㡪ࢆ࡯ࡰ↓ど࡛ࡁࡿ 10 K ࡟࠾࠸࡚ࡶ 100 kPa ࡟࡚స〇ࡋࡓヨᩱࡣ 5 ಸᙉ࠸Ⓨග♧ࡍࡇ࡜࠿ࡽࠊᡂ㛗ᅽຊࢆไᚚࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡾⓎග࡟ᐤ୚ࡍࡿ Eu ᩘࡀቑ኱ࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ௨ୖ࡟ࡼࡾࠊ
኱Ẽᅽᡂ㛗࡟ࡼࡗ࡚ Eu 㧗㍤ᗘⓎගࡀᐇ⌧࡛ࡁࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ

PL intensity (arb. unit)(b)

GaN:Eu100 kPa

10 K
50 K
100 K
200 K

x4

300 K

x5

610

615

620

625

630

635

PL intensity (arb. unit)

Wavelength (nm)(a)

GaN:Eu10 kPa

10 K
50 K
100 K
200 K

x3

300 K

x10

610

615

620

625

630

635

Wavelength (nm)
ᅗ 3 (a) 10 kPaࠊ (b) 100 kPa ࡟࡚స〇ࡋࡓヨᩱ࡟࠾ࡅࡿ PL ࢫ࣌ࢡࢺࣝࡢ

−

−

ᗘ౫Ꮡᛶ

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RT

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kPa ཬࡧ 100 kPa ࡟࡚స〇ࡋࡓ GaN:Eu άᛶᒙࢆ⏝࠸ࡓ LED ࡢ EL ࢫ࣌ࢡࢺࣝࢆ

ᐃࡋࡓ[8,10]ࠋࡇࡇ࡛ࠊGaN:Eu άᛶᒙࡢ⭷ཌ
ࡣ 300 nm ࡜ࡋࡓࠋᅗ 4 ࡟ὀධ㟁ὶ 20 mA᫬ࡢᐊEL ࢫ࣌ࢡࢺࣝࢆ♧ࡍࠋ㟁ὶὀධ࡟ࡼࡗ࡚ࡶࠊEu ࢖࢜ࣥࡢ 4f Ẇෆ㑄⛣࡟㉳ᅉࡋࡓ㗦࠸ࣆ࣮ࢡࡀほࡉࢀࡓࠋEu ᡂ㛗ᅽຊࢆ

100 kPa ࡜ࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡾࠊάᛶᒙࡢⓎගຠ

GaN:Eu 100 kPa
20 mA , 5.3V

GaN:Eu 10 kPa
20 mA , 6.0 V

540 560 580 600 620 640 660 680 700⋡ࡀቑ኱ࡋࡓࡓࡵࠊEL Ⓨගᙉᗘࡣ 10 kPa

Wavelength (nm)࡛స〇ࡋࡓヨᩱ࡜ẚ㍑ࡋ࡚ 10 ಸࡢᙉᗘቑ኱ࡀほࡉࢀࡓࠋ✚ศ⌫ࢆ⏝࠸࡚ࠊගฟຊࢆ

x10

ᅗ 4 ᡂ㛗ᅽຊ 10 kPa ཬࡧ 100 kPa ࡟࡚ GaN:Euᐃࡋࡓ࡜ࡇࢁࠊ20 mA ືస᫬ࡢගฟຊࡣ 17άᛶᒙࢆస〇ࡋࡓ LED ࡢᐊ

EL ࢫ࣌ࢡࢺࣝ

PW ࡜ 10 kPa ࡟࡚స〇ࡋࡓ GaN:Eu ࢆάᛶᒙ࡜ࡍࡿ LED ࡜ẚ㍑ࡋ࡚ࠊ10 ಸ㉸ࡢ㧗㍤ᗘ໬࡟ᡂຌࡋࡓࠋ
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20 mA ༳ຍ᫬ࡢ EL ࢫ࣌ࢡࢺࣝࢆ
ගᙉᗘࡢቑ኱ࡀほᐃࡋࡓ⤖ᯝࠊࢫ࣌ࢡࢺࣝᙧ≧ࡣ࡯ࡰྠ୍ࡢࡲࡲࠊⓎ

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ࡲࢀࡿ Eu ᩘ࡟ࡼࡗ࡚ࡶⓎගᙉᗘࡀᚊ㏿ࡉࢀ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࢆ♧ࡍࠋḟ࡟ࠊྛάᛶᒙ⭷ཌ࡟࠾ࡅࡿගฟຊཬࡧእ㒊㔞Ꮚຠ⋡ࡢὀධ㟁ὶ౫Ꮡᛶࢆᅗ 5 ࡟♧ࡍࠋᅗ 5 ࡟♧ࡍࡼ࠺࡟άᛶᒙ
⭷ཌࡢቑ኱࡟ࡼࡾගฟຊࡢቑ኱ࡀほࡉࢀࡓࠋ⭷ཌ 900 nm ࡜ࡋࡓヨᩱ࡟࠾࠸࡚⣲Ꮚ᢬ᢠࡢቑ኱࡟ࡼࡿ⇕ࡀⓎ⏕ࡍࡿࡓࡵࠊ㧗㟁ὶ㡿ᇦ࡟࠾࠸࡚ගฟຊࡢῶᑡࡀほ ࡉࢀࡓࡀࠊ

−

−

(a)

Light output power (PW)50

900 nm40
30

600 nm20

300 nm

10
0
0

5

10

15

20

25

30

External quantum efficiency (%)

Current (mA)
0.7
0.6

(b)
600 nm0.5

900 nm

0.4
0.3
0.2
0.1

300 nm

0
0

5

10

15

20

Current (mA)2530

ᅗ 5 ྛάᛶᒙ⭷ཌ࡟࠾ࡅࡿ(a) LED ࡟࠾ࡅࡿගฟຊࠊ(b)እ㒊㔞Ꮚຠ⋡ࡢὀධ㟁ὶ౫Ꮡᛶ

20 mA ືస᫬࡟᭱኱ගฟຊ࡜ࡋ࡚ 50 PW ࢆᐇ⌧ࡋࡓࠋࡇࡢ࡜ࡁࠊእ㒊㔞Ꮚຠ⋡ࡣ 0.12%
࡛࠶ࡿࠋ௨ୖࡢࡼ࠺࡟ࠊGaN:Eu ࢆ⏝࠸ࡓ㉥ⰍⓎගࢹࣂ࢖ࢫࡣୡ⏺࡟ඛ㥑ࡅ࡚ᐇ⌧ࡋࡓᙜึ࡜ẚ࡭࡚ࠊ50 ಸ⛬ᗘࡢ㍤ᗘྥୖࡀほࡉࢀ࡚࠾ࡾࠊࢹࣂ࢖ࢫᐇ⏝໬࡟ྥࡅ╔ᐇ࡟㐍ᒎࡋ࡚࠸ࡿࠋ㸳㸬ࡲ࡜ࡵ
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ࡼࡿ Eu ࢖࢜ࣥ࡬ࡢ࢚ࢿࣝࢠ࣮㍺㏦ຠ⋡ࡢቑ኱ཬࡧⓎග࡟ᐤ୚ࡍࡿ Eu ᩘࡢቑ኱࡛࠶ࡿࡇ
࡜ࢆ᫂ࡽ࠿࡟ࡋࡓࠋࡉࡽ࡟኱Ẽᅽᡂ㛗 GaN:Eu ࢆάᛶᒙ࡜ࡋࠊάᛶᒙ⭷ཌࢆቑ኱ࡉࡏࡿ
ࡇ࡜࡟ࡼࡾࠊୡ⏺࡟ඛ㥑ࡅ࡚ LED Ⓨග࡟ᡂຌࡋࡓᙜึ 1.3 PW ࡛࠶ࡗࡓගฟຊࢆ 50 PW−−

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−

−

TU2

ኒኲቾኁቿ䴡▥㽤ቑ䑀┪ⷵቋ䴡▥㳮㱚ርቫቖቀቑ⻤栚䰞⼀◩⃚㨀▦⮶ⷵ ⮩⏒䓸役䱠ⷵ䪣䴅㓏㶰₥ⅲቑ⏘䄟ቋሺ቉㽷䥽ሸቯቮ侺⮥䤉⏘侯⷟ቒ᧨AlGaInN 侊䴡▥䓸◙⺝⇢ሮቬ㱚㒟ሸቯ᧨ピㄒሧ䞷抣᧤奜⏘䋾ቑⅲ㦎᧨浧⹕ㄵDVD᧨䞮▥ⷵ䞷ዉዙናዙ᧨⏘屵ⴡ቎ቫቮ⏻⹂䓸役ቑ⒕屲᧨He-Cdዉዙናዙቧ㻃攏䋾ቑⅲ㦎᧥ሯ㦮㈔ሸቯ቉ሧቮ᧪䚍⦷᧨䴡▥䓸◙⺝⇢䞷⪉㨎ቋሺ቉ቒ᧨ኒኲቾኁቿ᧨Si᧨SiC᧨GaN ቍቌሯ⊨孫ቋሺ቉㖨
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㫋⷟㠃⚗㊶ርቫቖ侺⮥偩択拝䘖ቑ层䍈ሮቬ᧨AlN ◧俟㤅ሯ㦏哾ቑ⪉㨎⊨孫ቊሥቮ᧪㇢䪣䴅⸳ቊቒ᧨ₙ岧ቑቫሩቍ䴡▥䓸侯⷟䞷⪉㨎ቑ䚍䕅ቋAlN 俟㤅⪉㨎ቑ摜尐㊶ት崜巧ሺ᧨ⅴₚቑ2 ቇቑ䪣䴅ት嫛ቆ቉ሧቮ᧪ቡሽ᧨
(1) ⮶♲㈓▥ቑ㿐ቯሯ┯抮ሺ቉ሧቮኒኲቾኁቿ⪉㨎቎㽷䥽ሺ᧨ኒኲቾኁቿ⪉㨎ₙ቎浧❐役AlN含ት㒟栆ሸሾ᧨ሶቯትኣዐኴዉዙእቋሺ቉∪俵ሼቮቂቤቑ䪣䴅᧨ ₏㡈᧨(2) ⺕㧴䤓቎ቒ᧨ኒኲቾኁቿ⪉㨎ትAlN ⪉㨎቎函ሰሮራ቉ሧሲሶቋት䥽㖖ሺ቉AlN ክወኌ俟㤅ቑ⇫完቎栱ሼቮ䪣䴅ቊሥቮ᧪
(1)቎栱ሼቮ䪣䴅ቒ᧨侺⮥LED ቃሴቊቒቍሲ᧨䤌唁ቀቑⅥቑ♾尥LED ቑ⇝ነኖእ▥ርቫቖ浧╈䘖▥ቛቑ弱䖽ብ尥摝቎⏴ቯ቉ሧቮ᧪㦻䳎ቊቒ᧨(1)቎栱ሼቮ䪣䴅ቋሺ቉᧨㇢䪣䴅⸳ቊ栚䤉ሺቂኒኲቾኁቿ䴡▥㽤቎ቫቮAlN 含ቑ⇫完ቋቀቑ堓含ትኣዐኴዉዙእቋሺ቉䞷ሧቂ䁁䦇㒟栆㽤ቧ♜㉫㊶ኖኮአኜ㽤቎ቇሧ቉俈⅚ሼቮᇭ

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[2] T. Akasaka, Y. Kobayashi, and M. Kasu, Appl. Phys. Express 3, (2010) 075602.
[3] W. K. Burton, N. Cabrera, and F. C. Frank, Phil. Trans. Roy. Soc. A 243, (1951) 299.
[4] T. Akasaka, Y. Kobayashi, and M. Kasu, Appl. Phys. Lett. 97, (2010) 141902.
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[2] S. Fujikawa et al., Phys. Status Solidi C 6, No. S2, S784²S787 (2009)[3] H. Hirayama et al., Appl. Phys. Lett, 91 071901 (2007)[4] S. Fujikawa, H. Hirayama, Applied Physics Express 4 061002 (2011)

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[1] ㉺ᕝᏕ⠊㸸⾲㠃⛉Ꮫ 23(2002), 262-270.
[2] ᱓㔝⠊அࠊ㔥ᒣ⿱ኴࠊᮌᗞ኱సࠊ⚟ᓥ㇏ோࠊỤᓮဴஓ㸸஑ᕞ኱Ꮫ㉸㧗ᅽ㟁Ꮚ㢧ᚤ㙾ᐊ◊✲ሗ࿌㸪32(2008), 78-79.
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[3] C. Trager-Cowan, F. Sweeney, P. W. Trimby, A. P. Day, A. Gholinia, N-H. Schmidt, P. J. Parbrook, A. J.
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48-54.
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Plan-view TEM results near the interface of AlGaN/AlN
The TDs are of a-type, the Burgers vector of which are one of <1120>/3.
The directions of TDs indicate the inclination directions.

observation direction

࿑ 3 2 Ბᚑ㐳ᴺߦࠃࠆ⽾ㅢォ૏ߩᷫዋ

2-beam DFI g = 1100

multi-beam BFI<0001>

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specimen

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1100

1010 1100
Image

AlGaN

0110

TDs: like “lines”

200nm

AlN
g=0002 systematic BF-image

TDs incline toward
one direction of <1100>

200 nm

TDs with B = 㫧[1120]
are out of contrast

䂓 The direction of inclination is normal to the Burgers vector.

gg

200 nm࿑ 5 a-ဳ⽾ㅢォ૏ߩ௑ᢳᣇะߣ
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Coupled Problem of Dam-Break Flows
Alexander Korobkin (University of East Anglia, UK)
Initial stage of the flow with a free surface generated by a vertical wall moving from a liquid of finite depth in a
gravitational field is studied. The liquid is inviscid and incompressible, and its flow is irrotational. Initially the liquid is
at rest. The wall starts to move from the liquid with a constant acceleration. It is shown that, if the acceleration of theplate is small, then the liquid free surface separates from the wall only along an exponentially small interval. The intervalon the wall, along which the free surface instantly separates for moderate acceleration of the wall, is determined by using
the condition that the displacements of liquid particles are finite. During the initial stage the original problem ofhydrodynamics is reduced to a mixed boundary-value problem with respect to the velocity field with unknown inadvance position of the separation point. The solution of this problem is derived in terms of complete elliptic integrals.
The initial shape of the separated free surface is calculated and compared with that predicted by the small-time solutionof the dam break problem. It is shown that the free surface at the separation point is orthogonal to the moving plate.
Initial acceleration of a dam, which is suddenly released, is calculated.
Simulation of 3D Fully Nonlinear Water Waves based on GN Theory
Wenyang Duan (Harbin Engineering University, China)
The Green-Naghdi Theory (Demirbilek and Webster, 1992) is developed to Level 7. The linear analytical solution
corresponding to Level 1 up to Level 7 GN shallow water waves has been derived. It's found that Level 7 GN theory can
predict the waves with kh<26 (k is the wave number, h is the water depth). An experiment conducted by Luth et al.

−−(1994) was reproduced numerically. The Level 5 GN theory shows convergence compared with Level 7 GN theory. The
Level 5 GN theory can predict the wave transformation accurately compared with experimental values. Anotherexperiment by Zou et al. (2008) was also reproduced numerically. It’s shown that the GN theory can predict wave
transformation over uneven seabed accurately, including the fast varying bathymetries.
Added Resistance Computation by Using Far- and Near-Field Approaches
M.G. Seo, D.M. Park, K.H. Kim, Y. Kim (Seoul National University, Korea)
This paper presents a comparison of the computation results of added resistance on ships in waves. Recently, thedesign of ships with less green-house gas is of great interest in naval architecture fields. Ship designers need to findoptimum hull forms with minimum resistance in ocean waves. Therefore, an accurate computation of added resistance isgetting more important for the prediction of power increase on ships in random ocean waves. This study focuses on the
numerical computation of added resistance in different methods. To calculate added resistance on ships in waves, threedifferent methods are considered. One is a direct pressure integration method, another is a momentum conservation
method, and the other is a radiated energy method. The direct pressure integration method and the momentum
conservation method are combined with a higher-order Rankine panel method, and the radiated energy method is
combined with the strip method. The computational results are validated by comparing them with experimental data on
Wigley hull models, Series 60 hulls, and S175 containership. Reasonable agreements are observed for all the models. The
study is also extended to the analysis of added resistance in short wave range. To complement the results of added
resistance in short wave, the established asymptotic calculation methods are examined.
Large-Scale GPU Tsunami Simulation on a Multi-Level Mesh
Marlon Arce Acuna (Tokyo Institute of Technology)
We present a new research for Tsunami simulation computed with the speed up of GPU for a large domain case, suchas the Pacific, with a Multi-Level Mesh Refinement Technique. The level set method is used to determine the coastline
and based on this value we define different distances for which each refined level is created. These meshes and theinterpolation are computed on the GPU as is the main mesh. This boosts the performance several times compared to thatof the CPU. A refinement based on ocean depth was also introduced, since the wave moving in the open ocean can besolved in a much coarsen grid. Preliminary results show correct detection of the coast and refinement for the several
levels created when a Tsunami simulation is tested..
Application of Lattice Boltzmann Method for Environmental Flow Simulation
Fei Jiang, Changhong Hu (Kyushu University)
The ocean sequestration of carbon dioxide (CO2) in the deep sea by forming a liquid CO2 lake on the ocean floor isconsidered as a hopeful method for the mitigation of the global warming. However the liquid CO2 is expected to dissolvein the seawater. The rate of dissolution is amplified under the conditions of ocean currents and turbulence. In this paper,
we propose a Lattice Boltzmann Method (LBM) for accurate modeling and large scale simulation of the CO2 dissolution,diffusion, and convection process, in the condition of complex ocean current, turbulence and varying topography of theocean floor. This method is carefully validated by using several benchmark test cases. A two-dimensional simulation ofCO2 dissipation from a CO2 lake is carried out to demonstrate and discuss the capability of the proposed method.
Development of Tidal and Ocean Current Generator System Suitable for the Sea around Japan
Yoshimasa Minami (National Maritime Research Institute)
This research is focused on cost reduction and higher power for tidal and ocean current power plant. In thispresentation, we report some recent researches. We have developed the design tool for elastic turbine for tidal power
plant. The effectiveness of these systems was verified in model test. In the performance of turbine in wave, the averaged
power coefficient is almost the same as the performance of turbine in calm water. In a case study, maximum deformationof torsion angle is about 10 degree at wing tip. The sequence of composite material can be designed for this change of
torsion angle and wing load. In economical evaluation, tidal power system using elastic turbine can reduce capital costand maintenance cost. The concept of the power generation system using a multi rotor will be proposed, the performance−−test has been carried out by changing the distance between rotors and a phase angle..
Model Testing and Performance Evaluation of a Shrouded Horizontal Axis Tidal Turbine
Huihui Sun, Yusaku Kyozuka (Kyushu University)
Model experiments for the bare turbine and the shrouded turbine were carried out in CWC respectively. Experimental
results show that improvements of toque and power coefficients are apparent by attaching the diffuser. Performance
evaluation was done through BEM and CFD for the bare turbine and the shrouded turbine. Considering the calculation
time and operating interval, BEM is superior to CFD for evaluating the performances of the bare turbine and the
shrouded turbine.
Fundamental Research on the Energy Transmission Efficiency of a Rotating Pendulum-type Wave-power
Generator
Saki Nishimatsu, Masashi Kashiwagi (Osaka University)
In this presentation, I proposed the rotating pendulum-type wave-power generator. The smaller cylinder rotates on theinterior surface of circular cylinder of floating body without sliding. The electric generator is set at the center of smaller
cylinder. The coupled motion equations between the floating body and smaller cylinder inside are established and solved
using computed hydrodynamic forces acting on the floating body, then the energy transmission efficiency is calculated.
The efficiency becomes higher when the motions are resonant. In order to achieve a high value of efficiency in wider
range of frequency, the balance of the resonant frequencies between the floating body and smaller cylinder inside is very
important.
Tank Tests about TLP Type Offshore Wind Turbine Using an Elastic Model
Minori Kozen, Yasunori Nihei, Kazuhiro Iijima (Osaka Prefecture University)
In this presentation, some recently obtained research results are presented on the design of a new Tension Leg Platform(TLP) type offshore wind turbine. An experiment in the towing tank using a new elastic model was carried out. Motion
characteristics of the floating body, dynamics of tower and mooring lines, and other electricity generation issues are
discussed.
Coupled Horizontal and Torsional Response of a Floating Structure by an Advanced Torsional Beam Theory
Nao Kameyama (Osaka University)
1D beam representation for coupled horizontal and torsional response of a container ship’s hull girder is addressed. It
may help reducing the preparation cost of the structural model instead of using the shell finite elements. Firstly, problems
with the 1D beam representation for the container ship are reviewed. They include the effect of transverse members suchas bulkheads on torsional response, discontinuity of longitudinal displacements between open and closed sections, andvariation of vertical position of shear center along the ship’s length. Then, an advanced torsional beam theory to solve theabove problems is presented. Finally, it is shown that the present torsional beam theory compares well with the resultsfrom shell finite elements in terms of torsional deflection, natural frequency, natural modes and warping stress
distributions.
Fluid/Structure Impact: Water Entry
Guo Xiong Wu (University College London, UK)
Fluid/structure impact occurs in many engineering applications. It is usually over a very short period of time, during
which physical parameters change rapidly and very large pressure can be created. The present paper is based on thevelocity potential theory together with the boundary element method. The discussions mainly focus on the following
problems: (1) vertical water entry of twin wedges, (2) oblique entry of an asymmetric wedge, (3) vertical water entry of awedge in free fall motion, (4) water entry of a free fall motion in three degrees of freedom, (5) water entry of an elastic
wedge, (6) liquid column or droplet impact on a wall, (7) liquid block impact on a solid wedge (8) collision of liquidwedge and solid wedge, (9) jet impact on solid wall, (10) vertical water entry of a cone through free motion, (11) obliqueentry of a cone. Detailed results are provided for all these cases. Their physical implications and applications are−−discussed.
Fluid Impact on a Corrugated Plate with Trapped Gas Cavity
Tatyana Ivanovna Khabakhpasheva (Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Russia)
Initial stage of incompressible liquid impact onto a corrugated elastic panel with account for a compressible gas
trapping between the corrugations is studied. The liquid free surface is flat and parallel to the panel before the impact.
The corrugations are modeled as rigid short structures on the surface of the main panel. Part of the panel between two
corrugations is elastic. The liquid closes the gas cavity between two corrugations and compresses the gas before the fluid
comes in contact with the elastic part of the panel. The elastic deflections of the plate and bending stresses due to impact
are determined accounting for the presence of the gas between the corrugations. The hydroelastic problem is solved
within the Wagner approach. The effect of gas compressibility on the elastic behaviour of the corrugated elastic plate isinvestigated. Two cases, case of finite and case of infinite panel length outside of corrugation regions are considered. It isshown that the pressure in the gas cavity and elastic deflections grow beyond all bounds for the panel of infinite lengthand are finite if the panel is of finite length.
Comparative Study on Sloshing Model Tests
S.Y. Kim, K.H. Kim, Y. Kim (Seoul National University, Korea)
In this study, three dimensional sloshing model tests are conducted. The selected tank model has been tested by otherfacility, therefore it is intended to compared the present experiment with the existing experimental data. As test
conditions, two kinds of irregular seas are considered. Based on pressure data from the tests, statistical analysis has
performed. Several different methods are applied to pick up global peaks and define rising time, decay time of theselected peaks. Various statistical values based on the considered methods are compared and their consistency and/or
discrepancy are observed. In each test condition, repeat tests are conducted 40 times and consequently 200 hours longtime test results are obtained. From the tests, uncertainty of 5 hours test are studied and using bootstrap method, marginof error in the results are discussed. In the comparison with the existing data measure at other facility, it is shown that thepresent measurement provides slightly less pressures. This may be due to the different sizes of pressure sensors. The
overall agreement of trends between the two facilities is obvious.
Experimental Study on Water Entry of Horizontal Cylinder
Changhong Hu, Zhaoyu Wei (Kyushu University)
We experimentally reveal the complex hydrodynamics of circular cylinders entering into water horizontally for low
Froude numbers. The water entry is a combination of the two-dimensional flows and three-dimensional flows. For thelong cylinder, two-dimensional flow occurs near the centre of the cylinder with three-dimensional effects being important
close to the ends of the cylinder. The effect of the density as well as the ratios of cylinders’ length to their diameter isconsidered. The non-dimensional time to the intersection of the cross lines formed by flows separated from side facealong different directions is also used to reveal the scaling relationship of the cavities.
Analyses and Comparison on Ship Hydroelasticity by Using Different Levels of Numerical Approach
J.H. Kim, K.H. Kim, Y. Kim (Seoul National University, Korea)
This paper considers the ship springing analysis by using WISH-FLEX which has been developed at Seoul National
University for the analysis of hydroelasticity of hull girder loads in waves. WISH-FLEX is based on a hybrid BEM-FEM
method to couple the boundary value problems of two distinct domains: fluid and structure. To solve the hydrodynamic
field, a three-dimensional Rankine panel method is applied, while the structural responses and loads are obtained byapplying Vlasov beam theory. A strong-coupling scheme is used for solving fluid-structure interaction by an iteration
scheme. This study focuses particularly on the difference of computational results for different modeling ofhydrodynamics and structure. Even though the same computer code is applied, the computational results can bedependent on user and/or the modeling of computational parameters such as grids, beam modeling, and the modeling of
external forces. The ship model in this study is a 10,000 TEU containership which has been experimented at
MOERI/KORDI as the WILS II project. The computed motion RAOs and the time-histories of load signal are compared−−with experimental data, and the agreement and discrepancy are thoroughly described. This kind of observation may help
us to understand the uncertainty level of numerical analysis in ship springing analysis..
An Experimental Study on Dynamic Collapse Behavior of a Floating Structure Subjected to Extreme Loads
Hiroki Hotta (Osaka University)
Experimental investigations into the collapse behavior of a box-shape hull girder subjected to extreme wave-induced
loads are presented. The experiment was performed using a scaled model in a tank. In the middle of the scaled model,
sacrificial specimens with circular pillar and trough shapes which respectively show different bending
moment-displacement characteristics were mounted to compare the dynamic collapse characteristics of the hull girder inwaves. The specimens were designed by using FE-analysis. Prior to the tank tests, static four-point-bending tests wereconducted to detect the load carrying capacity of the hull girder. It is shown that the load carrying capacity of a shipincluding reduction of the capacity after the ultimate strength could be reproduced experimentally by employing thetrough type specimens. Tank tests using these specimens were performed under a extream wave in which the hull girder
collapse once and repetitive focused waves in which the hull girder collapses by the number of the focused waves. It isshown from the multiple collapse tests that the increase rate of collapse becomes high once the load carrying capacity
enters the reduction path while it is slow before reaching the ultimate strength.
Numerical Simulation of a Damaged Floating Body by the MPS Method
Hirotada Hashimoto (Osaka University)
This presentation describes a research on developing a numerical method for simulation of damaged ships. The 2D
simulations based on the MPS method were conducted and validated with the model experiments. As a result, it wasdemonstrated that the MPS method has a good potential to well predict the inflow/outflow of floodwater through damage
openings and estimate hydrodynamic forces under forced roll condition. In addition, transient motions of heave and rollwhich are essential for capsizing/sinking disasters of damaged ships can be predicted with practical accuracy if thetrapped air effects are taken into account.
Statistical Model of Ship Propulsion Plant for Performance Assessment in Actual Seas
Oleksiy Bondarenko (Osaka University)
The performance of ship in actual seas in recent time has received much research attention which is mainly focused on
diminution of speed loss, ship safety and energy efficiency. However, within the framework of ship performance a small
attention has paid to the efficient and safe operation of propulsion engine which is the key element of ship. In thisresearch attention is focused on developing the statistical model of complete ship propulsion plant which is constituted ofthree coupled components – ship hull, propeller and engine, including model of control system. Knowing the statisticalproperties of propeller torque fluctuation such as the variance and the probability density function, the responses ofengine can be obtained, allowing assessment and optimization of the propulsion engine performance in actual seasconditions.

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13:10 - 13:40 Coupled Problem of Dam-Break Flows
Alexander Korobkin (University of East Anglia, UK)
13:40 - 14:10 Simulation of 3D Fully Nonlinear Water Waves based on GN Theory
Wenyang Duan (Harbin Engineering University, China)
14:10 - 14:30 Added Resistance Computation by Using Far- and Near-Field Approaches
M.G. Seo, D.M. Park, K.H. Kim, Y. Kim (Seoul National University, Korea)
14:30 - 14:50 Large-Scale GPU Tsunami Simulation on a Multi-Level Mesh
Marlon Arce Acuna (Tokyo Institute of Technology)
14:50 - 15:10 Application of Lattice Boltzmann Method for Environmental Flow Simulation
Fei Jiang, Changhong Hu (Kyushu University)㸦ఇ ᠁㸧
15:30 - 16:00 Development of Tidal and Ocean Current Generator System Suitable for the Sea aroundJapan
Yoshimasa Minami (National Maritime Research Institute)
16:00 - 16:30 Model Testing and Performance Evaluation of a Shrouded Horizontal Axis Tidal Turbine
Huihui Sun, Yusaku Kyozuka (Kyushu University)
16:30 - 17:00 Fundamental Research on the Energy Transmission Efficiency of a Rotating
Pendulum-type Wave-power Generator
Saki Nishimatsu, Masashi Kashiwagi (Osaka University)
17:00 - 17:30 Tank Tests about TLP Type Offshore Wind Turbine Using an Elastic Model
Minori Kozen, Yasunori Nihei, Kazuhiro Iijima (Osaka Prefecture University)
17:30 - 18:00 Coupled Horizontal and Torsional Response of a Floating Structure by an Advanced
Torsional Beam Theory
Nao Kameyama (Osaka University)㸦᠓ ぶ ఍㸧㸯㸰᭶㸯㸵᪥㸦ᅵ㸧
9:00 - 9:30 Fluid/Structure Impact: Water Entry
Guo Xiong Wu (University College London, UK)

9:30 - 9:50 Fluid Impact on a Corrugated Plate with Trapped Gas Cavity
Tatyana Ivanovna Khabakhpasheva (Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Russia)
9:50 - 10:10 Comparative Study on Sloshing Model Tests
S.Y. Kim, K.H. Kim, Y.Kim (Seoul National University, Korea)
10:10 - 10:30 Experimental Study on Water Entry of Horizontal Cylinder
Changhong Hu, Zhaoyu Wei (Kyushu University)

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10:40 - 11:00 Analyses and Comparison on Ship Hydroelasticity by Using Different Levels of
Numerical Approach
J.H. Kim, K.H. Kim, Y. Kim (Seoul National University)
11:00 - 11:20 An Experimental Study on Dynamic Collapse Behavior of a Floating Structure Subjected
to Extreme Loads
Hiroki Hotta (Osaka University)
11:20 - 11:40 Numerical Simulation of a Damaged Floating Body by the MPS Method
Hirotada Hashimoto (Osaka University)
11:40 - 12:00 Statistical Model of Ship Propulsion Plant for Performance Assessment in Actual Seas
Oleksiy Bondarenko (Osaka University)

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Hamburg-Harburg㧕 
Abstract: This report investigates the steady-state viscosities of multiwall carbon nanotube(MWCNT)/epoxy and carbon nanofiber (CNF)/epoxy suspensions with varying filler
concentrations under different shear rates at various temperatures. In-situ observation of filler
networks suggests the build-up of shear induced MWCNT and CNF agglomerates at low shear
rates, which correlates with the measured shear thinning behavior. The agglomeration process in
MWCNT/epoxy suspensions is enhanced at lower shear rates in the case of higher temperatures,
whereas, at high shear rates, both nano-fillers show good dispersion. Shear thinning behavior isobserved for both types of fillers, and MWCNT suspensions exhibit a much stronger shear
thinning effect compared with CNF suspensions. The optical observation also confirms that
MWCNT suspensions exhibit more agglomerates under shear.
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Abstract: In this study, transverse crack initiation in cross-ply CFRP laminates with two types of prepreg
thickness under fatigue loading. Edge surface was polished and observed with the Atomic Force Microscope(AFM) in order to investigate the mechanism of transverse crack initiation. The number of cycles caused
first transverse crack was predicted by the analytical model on the basis of the normalized modified Parislaw. It was considered that the initiation of transverse crack depended on interfacial property between fiberand matrix by AFM observation. Moreover, the analytical model makes it possible to predict the initiation oftransverse crack in the cross-ply laminates with various prepreg thickness under fatigue loading.
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4
Abstract: Application of CFRP tubes for torque transmission shafts is expected to improve fuelefficiency accelerating performance, natural frequency. CFRP cylindrical tubes using modified
simultaneous multi ply winding reduced voids and fiber waviness, and improved static torsional
strength by 20%. But experimental value stay only 70~80% of theoretical value. In this study,
fracture mechanism of CFRP cylindrical tubes under torsional loading was investigated. Static
torsion tests were conducted to evaluate strength and to investigate damage accumulations within
specimen. As a result, acoustic emission indicated internal damage accumulation, but that didn’t
significantly influence stiffness of specimen. Because of delamination from pripreg end,
experimental value remains lower than theoretical value.
Elasto-Plastic Numerical Simulation of Drilling Damage on CFRP Laminates㩷ᧉ㩷 ⋧༁䋨᧲੩ᄢ㫭㒮䋩䇮⷏Ꮉ㩷 㓷┨䋨੩ㇺᄢ䋩䇮ጟㇱ㩷 ᦮᳗䋨᧲ർᄢ䋩䇮ᱞ↰㩷 ዷ㓶䋨᧲੩ᄢ䋩㩷
Abstract: Numerical simulation of drilling damage by thrust load is developed by using a 2D elastic-plastic
analysis and a multi-scale modeling approach, micro-modeling for interested failure region andmacro-modeling for other composite region. The size effect of twist drill's chisel edge, where no cutting area,and effect toughened region in CFRP, T800/3900-2B, are reviewed numerically. For 2D drilling thrust
pushing simulation, 45 and 90 degree layers are modeled into fibers and matrix separately, micro-modelingand plastic analysis, depending on fiber volume fraction. To simulate progressive failure, the initiation ofcomposite damage is analyzed by Hashin's failure criteria, and matrix plastic failure is checked by equivalentstrain, i.e. 5%. The initiation and progression of damage are compared between inter-laminar toughened
CFRP and normal CFRP, and results show that the toughened CFRP are strong in both delamination andmatrix crack failure. Also, sharp chisel edge at twist drilling tip caused less failure.

Monitoring of localized damage in indentation loaded CFRP-foam core sandwich beam using
fiber-optic distributed sensing㪪㪠㪠㪭㪦㪣㪘㩷㪡㪬㪟㪦䋨᧲ ੩ ᄢ 㒮 䋩䇮਄ ࿦ 㓉 ᢥ 䋨᧲ ੩ ᄢ 㒮 䋩䇮㩷 ᳓ ญ ๟ 䋨᧲ ੩ ᄢ 䋩䇮ᱞ ↰ ዷ 㓶 䋨᧲ ੩ ᄢ 䋩㩷 㩷
Abstract: Monitoring of localized and barely visible damage in CFRP-foam core sandwich beams
was studied by conducting quasi-static indentation loading tests with CFRP-foam core sandwich
beams. Using an optical fiber embedded in the interface and Pre-pump pulse Brillouin optical time
domain analysis (PPP-BOTDA), Brillouin gain spectra (BGS) along the fiber in the facesheet-core interface was obtained during and after indentation loading tests. Observing peak shifts
and width changes in the BGS during indentation tests, information about strain distribution along
the fiber was obtained and compared with strain gage measurements. The used fiber optic sensing
system, having high spatial resolution of 2cm, was able to detect the barely visible damage evenafter the loading was removed. However the measured strain distribution result was not reliable. It
was also noticed that suitable material selection, such as using less dense core material which
results in the deformation and therefore also the strain to occur on larger area, can make it easier
to detect highly localized damage even with limited spatial resolution.
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acting on a CFRP structure using microphones. The impact location is identified using the−−5differences in arrival times of sound waves radiated from the impacted structure. The force history
is identified by minimizing the deviation between the measured sound pressure and the estimatedone. The estimated sound pressure is calculated from the experimentally determined transfer
matrices, which relate the impact force and the sound pressure. Several identification experiments
have been conducted on a CFRP stiffened panel in order to verify the validity of the proposed
method.
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Abstract: Transport machinery components produced by composites are expected to improve the fuelconsumption because high-specific strength and stiffness of composites reduce weight of the components. In
that case it is important to understand curing characteristics of thermosetting polymer in molding process tomass-produce composite components of steady quality. In this study, we numerically simulate curing
reaction of epoxy resin, which is the matrix of composites. The computational method uses the MolecularOrbital method and the Molecular Dynamics method, and considers activation energy, heat of formation andpolarization in curing reaction. We calculated the curing time of base resin with three types of base resin andthree types of curing agent, and compared computational results with experimental results to confirm
accuracy of the method. As a result, we found that the computational method used in this study simulates
curing reaction of epoxy and calculates curing start time accurately.
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Abstract: This paper investigates the initiation of transverse crack in carbon fiber reinforced plastics(CFRP) cross-ply laminates experimentally and numerically. We propose a new method to investigate theinitiation of transverse cracks by combining 3D-FEM and Periodic Unit Cell (PUC) simulation. Detailed
observations are conducted with a video microscope to comprehend the free edge effect and the damage
process in the transverse ply. Experimental results correspond with analysis results in that cracking strains oftransverse layers are independent of thickness of the transverse ply. We obtain strain fields by using digital
image correlation (DIC) on free edge and compared with strain fields calculated by 3D-FEM. As a result, it
is confirmed that transverse ply becomes biaxial tension state at free edge.
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Abstract: This paper presents an experimental study on Mode-I fracture toughness of VaRTM
CFRP laminates reinforced through the thickness by SMA (Shape Memory Alloy) wires.
Pre-strained SMA wires tend to shrink in the CFRP by heating, and induce a recovery compressive
stress in the thickness direction of the laminate. The compressive stress could be expected toincrease the Mode-I fracture toughness of the laminates. The effect of SMA wires on the Mode-I
fracture toughness is evaluated using DCB (Double Cantilever Beam) tests, and transferring therecovery compressive stress from SMA wires to CFRP laminates is assessed using SMA-wirepullout test.
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6
Abstract: Thermal insulation behavior of natural plant fiber reinforced composites is examined. The
composites were composed of epoxy resin and two kinds of natural fibers, namely abaca fiber and bamboo
fiber. These natural fibers were unidirectionally aligned in order to preserve the hollow internal
microstructure which is called lumen. Several kinds of green composite samples with different fiber content
were fabricated by a resin transfer molding method. The thermal conductivity of the green composites wasevaluated by using a steady-state method. In the case of abaca fiber-reinforced composites, the thermal
conductivity and density decrease with increasing fiber content. On the other hand, in the case of bamboo
fiber reinforced composites, the thermal conductivity and density increase in a similar manner to that ofglass fiber reinforced plastics. Moreover thermal conductivity of all the samples has an almost linear
correlation with density; i.e. the thermal conductivity is proportional to the sample density. This unique fiber
content dependence in thermal conductivity is mainly derived from the lumen size of the reinforcing fiber.
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Abstract: Although lead zirconate titanate is one of typical piezoelectric materials, its brittleness impedes
its wide applications. In order to obtain flexible and high performance piezoelectric materials, in this study,
multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were blended with poly(vinylidene fluoride) (PVDF). The
MWNT/PVDF nanocomposite was prepared by the solution casting method, and the contents of MWNTs
ranged from 0.05wt% to 0.3wt%. Then, it was stretched uniaxially and poled in silicon oil in order to induce
the piezoelectric effect. We investigated the effect of MWNTs on power generation capacity and internal
crystal structure of PVDF. To evaluate the power generation capacity of nanocomposites, the nanocomposite
films were attached a cantilever beam in excited vibration and the harvested power from the films wasmeasured. The maximum harvested power was obtained at 0.05 wt% MWNT addition. Compared with pure
PVDF, the harvested power increased above 200%. The main reason for this phenomenon is the increment ofthe ȕ-phase content of MWNT/PVDF nanocomposite films with proper MWNT loading.
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Abstract: It is well-known that carbon nanotubes (CNTs) have a unique atomic structure, which leads to their excellent mechanical, thermal and electrical properties. In recent years, they are widely appl
ied for making CNT/polymer nanocomposites. Only a few content percentage additions of CNTs in an insulating polymer matrix can yield electrical conductivity to a certain extent. In this study, by usi
ng multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), we fabricated two types of strain sensors made from M
WNT/polyvinylidene difluoride (PVDF) nanocomposite. One is the resistant-type strain sensor based on the piezoresistivity behavior of MWNT/PVDF nanocomposite, which has a much higher sensitivity
compared with conventional strain gauges. The main factor for this high sensitivity is attributed to the network change of MWNTs including tunneling effects among MWNTs and the piezoresistivity of
MWNTs. The other one is the piezoelectric-type strain sensor, which is used for measuring the dyna
mic strains from the voltage or electric charge change of sensor. In experiments, the dynamic strain corresponding to 20 Hz was measured. Furthermore, the sensor with 0.05 [wt.%] loading of MWNT possesses the highest voltage compared with other loadings. The main reason for this phenomenon is t
hat more ȕ phase was formed with this proper MWNT loading.
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Abstract: The objective of the present study is to investigate the effect of pyrolysis time and temperature on−−

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the mechanical properties of recycled fiber, based on tensile strength measurements, determining the
optimum decomposition conditions for fiber-reinforced plastic (FRP) by superheated steam. In this research,
GFRP and CFRP were efficiently depolymerized and reinforced fiber was separated from resin bysuperheated steam. Tensile strength of fibrous recyclates was measured and compared to that of virgin fiber.
Although tensile strength of recycled fibers were lower than that of virgin fiber, under some conditions
tensile strength of recycled fibers were close to that of virgin fiber. They were the optimum decomposition
conditions for FRP in our experiments. With pyrolysis, some char residue from the polymer remains on thefibers and degrees of char on the recycled fibers were closely examined by scanning electron microscopy.
Keywords: FRP, Recycling, Mechanical properties, Superheated steam㪚㪝㪩㪧䉪䊨䉴䊒䊤䉟Ⓧጀ᧼䈮䈍䈔䉎∋ഭ䊙䊃䊥䉾䉪䉴䉪䊤䉾䉨䊮䉫㩷㤛ᧁ㩷 ᥊ੑ䋨ᗲᇫᄢ䋩㩷
Abstract: This paper presents semi-empirical models for predicting matrix crack density in a
carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) cross-ply laminate with a thick transverse ply under
static-fatigue and cyclic-fatigue loadings. First, a modified slow crack growth (SCG) law, thatcovers the whole range of stress ratio R of tension-tension fatigue ( 0 Ő R Ő 1 ), was proposed.
The modified SCG law and three conventional SCG laws were then combined with Weibull's
probabilistic failure concept for predicting fatigue matrix crack density in a cross-ply laminate.
Matrix crack density was expressed as a function of R , the maximum stress in the transverse ply
and the number of cycles. Next, fatigue tests were performed for R of 0, 0.2, 0.4, 0.6, and 1 todetermine the applicability of these four models. In addition, a theoretical approach was proposedfor predicting transverse cracking behavior under variable amplitude cyclic loading.
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Xiao-Wen Lei, Toshiaki Natsuki, Jin-Xing Shi, Qing-Qing Ni 䋨ାᎺᄢ䋩
Abstract: Carbon nanotubes (CNTs) are being investigated for use as latent materials for drug
carriers. However, the surface effects cannot be ignored when drugs or other functional materials,
such as nickel or silver, adhere to the surface of the outer tube of a CNT. In this work, the natural
frequency of CNTs, while accounting for surface effects, is studied using the nonlocal
Timoshenko beam model. The results show that the natural frequency is significantly affected by
the surface material and vibration mode. In short CNTs on condition of higher vibrational modes,
the influence of the surface on vibration are more pronounced.
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Wave propagation in embedded double-layer graphene nanoribbons based on nonlocal Timoshenko㩷 beam theory
Jin-Xing Shi, Xiao-Wen Lei, Toshiaki Natsuki䋬Qing-Qing Ni䋨ାᎺᄢ䋩
Abstract: Graphene nanoribbons (GNRs) are potential nanomaterial electromechanical oscillators
because of their outstanding mechanical and electronic properties. Double-layer GNRs (DLGNRs),
which are two-layer finite-wide counterparts of crystalline graphene sheets (GSs) coupled to eachother via van der Waals (vdW) interaction forces, present two kinds of vibrational modes inflexural wave propagation. These two modes are defined as the in-phase mode and anti-phasemode. In this study, based on the nonlocal Timoshenko beam theory and Winkler spring model, thewave propagation characteristics of DLGNRs embedded in an elastic matrix are investigated by
dividing the vibrational mode into the in-phase mode and anti-phase mode. This will provide moreaccurate guidance for the application of DLGNRs. When the nonlocal effects and elastic matrix
are considered, three critical frequencies are found. These are defined as the cutoff, escape, andlow-cutoff frequencies. Moreover, the results show that the wave propagation characteristics ofembedded DLGNRs are significantly influenced by nonlocal parameters and the Winkler
foundation modulus.
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Abstract: Creep behavior of nylon6-clay hybrid (NCH) nanocomposite at room temperature and glasstransition temperatures of 35 oC and 50 oC, and 80 oC was studied to understand creep damage mechanismand establish creep life prediction method. For the creep fracture test, creep crack propagation and fracture
mechanisms were investigated by microscopic observation. According to the observation of fracture surface,
we found that fracture mechanisms of 5 wt% clay reinforced nylon tested at 50 oC were different from themechanisms tested at 35 oC. For the creep deformation tests, the simulating parameters and creep strain ofeach unit in Burgers model exhibited the influence of clay on the creep viscoelasticity. However, the tertiary
creep could not be predicted by the Burgers model, but it could be described by a modified model.
New unidirectional arrayed chopped strands composites by introducing discontinuous angled slits into
prepregHang Li, Wen-Xue Wang, Yoshihiro Takao, Terutake Matsubara㩷 䋨਻ᄢ䋩

UACS has bright future for the development in fabricating complex shaped composite structure
as a new short fiber reinforced laminate. This paper investigates several UACS with different slit
patterns. In all cases, UACS with bi-angular slit displays highest tensile mechanic properties.
Young’s modulus values of present UACS laminates appear a little decline compare toconventional laminate while Poisson’s ratio have no obvious variation.
Slit micrographs of UACS laminate surfaces have pointed that slits are not straight exactly due to p
artial fiber bundles nearby slits have transformed after curing. Transformation of fiber bundles exhibits more obviously in UACS laminate with discontinuous slit patterns than that with continuous slit pat−−

9tern. The difference of fracture modes will directly influence the final strength. Compared to previous
UACS laminate, UACS with staggered slit and bi-angular slit shows more significant fiber breakage
without decreasing the stiffness. Different slit patterns show different failure patterns, which results in the reduction of tensile strength at different levels.
Tensile strength is about to display no significant dependence on the slit length both in staggered slit pattern
and in bi-angular slit pattern UACS laminate. The geometric parameter of width of chopped strands is not
the decisive factor UACS laminate.
Fabrication of Ramie Yarn/PP Composite Strands by Multi-pin-assisted Resin Impregnation Process
Hyun-bum Kim 㩿ጊญᄢቇ㪀㪃㩷 ㊁↰㩷 ᷕੑ㪃㩷 ว↰㩷 ౏৻㪃㩷 ਣ⼱㩷 ᵗᱜ㩷 㩿ൻ⮎䉝䉪䉹㪀㪃㩷 㕍ᧁ㩷 ᙗᴦ㩷
Abstract: In recent years, natural fibers have attracted attention in the field of composites as alternative rein
forcements for glass fibers. Ramie is one of the strongest plant-based natural fibers because it has high prop
ortion of cellulose and low proportion of lignin. Thus, ramie single yarns were used as reinforcement in thisstudy. Polypropylene, representative thermoplastic resin, was used as a matrix material. Maleric anhydride
modified polypropylene (MAPP) was added in order to promote better fiber-matrix interaction. Ramie yarn/
PP composite strands were produced by means of a new technique, named ‘multi-pin-assisted resin impregn
ation process without resin melt bath. In this technique, resin-coated yarns pass through in a heater, in which
continuous contacting and rubbing mechanism between the yarns and pins makes the yarns flat. This leads to widen the inter-fiber spaces. As a result, resin is impregnated into inter-fibers of the yarns. After that, the fabricated strands were prepared as a lamina shape like a mono-layer. Mechanical properties of both MAPP-i
ncluded and MAPP-free composite strands were measured.
It is expected that composite strands fabricated by the proposed technique can be applied as a new semi-finis
hed material, e.g., long natural fiber thermoplastic resin pellets.
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