hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液相乱流濃度場に対するin-situ射光/受光併用超高分解能LIFプローブの開発

LIFプローブの開発であった.プローブの特徴は,(1)プローブの低侵襲性,(2)高空間分解能,(3)高精度な簡易計測の実現,の三点である.(1)と(2)は細径光ファイバ(50μm)と射出光のビーム直径を微小化するためのシリカグリンレンズ融着で実現することを試みた.(3)については,光カップラとレンズチューブで射光と受光を同一の光ファイバで行い,焦点調整を不要とすることで実現を試みた.その結果,ビームスポット直径が60μm,ファイバプローブ先端からビームスポットまでの距離が約500μmの新型光ファイバプローブを開発することが出来た.これは,焦点調整の必要の無い光学的濃度計測センサとしては世界最高レベルの分解能であり,したがって,(1),(2),(3)のすべての特性はほぼ実現されている.以上より,当初の目的に沿う新型光ファイバ型LIFプローブの開発にほぼ成功したと判断される.ただし,実際に新型光ファイバLIFプローブを使用して,液中での高シュミット数物質濃度の計測やデータ解析はまだ終了しておらず,これは次年度の課題である.平成25年度の研究で,新型光ファイバ型LIFプローブの開発と大型水槽の設計製作はほぼ終了したので,平成26年度は,当初の計画に則し,以下の研究を行う.1.大型水槽および新規開発プローブによる軸対称噴流拡散場における濃度計測:ここでは,まず,平成25年度に製作した大型水槽を用いて,従来の計測技術(対抗型光ファイバプローブ)により軸対称噴流拡散場を対象とした計測を行う.次に,同じ軸対称噴流拡散場を新型光ファイバLIFプローブにて計測し,それによって得た計測結果を従来の計測技術による計測結果(平成25年度に得た旧水槽での計測結果や今回取得する大型水槽での対抗型光ファイバプローブによる計測結果)と比較し,空間分解能や時間応答性について,新型光ファイバLIFプローブの有効性を検証する.2.普遍平衡領域の存在の有無の証明と微小空間での拡散混合現象の解明とモデル化:ここでは,普遍平衡領域のうち,特に慣性対流小領域よりも高波数帯域に存在する粘性対流小領域に注目して考察する.本研究の対象とするようなシュミット数が1以上の高シュミット数乱流拡散場においては,速度変動の最小スケールであるコルモゴロフのマイクロスケールηよりも小さなスケールη'でスカラー(物質濃度)の時間変動が生じる.このため,1/η<< κ<< 1/η'の波数領域では速度変動のスペクトルが粘性による散逸の領域に入る一方でスカラー変動のスペクトルはスカラー分子拡散の影響を受けずに平衡状態を保つ.この粘性小領域におけるスカラースペクトルは波数κの-1乗に従うものと予想されるため,平成25年度の製作した大型水槽を用いて,新型光ファイバLIFプローブによる計測結果から,この点を明らかにし,その上で,微小空間領域での高シュミット数物質拡散混合現象のモデル化(たとえば混合時間スケールの評価とモデル化)を試みる.
薬物腎排泄に関わる有機アニオントランスポータの分子的多様性と機能解析に関する研究

尿細管上皮細胞に発現する薬物トランスポータ群は、異物や代謝老廃物の解毒機構として重要な役割を担っている。本研究では、薬物トランスポータ群の生理的・薬物動態学的役割を解明するため、種々疾患モデル動物を用いて病態時におけるトランスポータの発現変動と薬物体内動態の変化との関連について精査した。また、ヒト型薬物トランスポータの遺伝子多型による機能変化についても検討を行った。高尿酸血症モデルラット並びにバンコマイシン誘発急性腎障害ラットを用いて、有機アニオントランスポータ(rOAT1及びrOAT3)及び有機カチオントランスポータ(rOCT1及びrOCT2)の発現変動を調べた。その結果、いずれのモデルでもrOAT1及びrOAT3の発現量が著しく低下することが判明した。さらに、有機アニオントランスポータの典型的基質であるp-アミノ馬尿酸やメトトレキサートの腎クリアランスはこれらトランスポータの発現と対応した変動を示すことが明らかとなった。一方、バンコマイシン誘発急性腎障害ラットではrOCT1及びrOCT2いずれの発現量も大きく変動しなかったのに対し、高尿酸血症モデルラットではrOCT2発現量の著しい低下と、カチオン性薬物であるシメチジンの腎クリアランスの低下が観察された。従って、疾患時における薬物トランスポータ群の発現変動は、基質となる薬物の体内動態に大きく影響を与えることが示唆された。腎不全時における薬物トランスポータ群の役割を総合的に理解するために、慢性腎不全モデルラットと正常ラットを用いて発現遺伝子のin silicoサブトラクションを行った。その結果、成長因子関連遺伝子や細胞骨格遺伝子などの発現頻度は慢性腎不全群で増加するのに対し、トランスポータ関連遺伝子の発現頻度は減少することが判明した。ヒト有機カチオントランスポータhOCT1の新規一塩基多型について、in vitro発現系を用いて機能解析を行った結果、正常な発現にも拘らず著しく機能低下を伴うことを見出した。尿細管上皮細胞に発現する有機アニオントランスポータ群は、異物や代謝老廃物の解毒機構として重要な役割を担っている。本研究では、有機アニオントランスポータ群の薬物動態学的・病態生理学的役割を解明するため、薬剤誘発急性腎障害ラットを用いて、腎障害時並びにその回復過程における有機アニオントランスポータ(rOAT1及びrOAT3)の発現変動を有機カチオントランスポータ(rOCT1及びrOCT2)と併せて精査した。また、腎不全時における薬物トランスポータ群の役割を総合的に理解するために、慢性腎不全モデルラット及び正常ラットを用いて発現遺伝子のin silicoサブトラクションを行い、腎不全時における遺伝子発現プロファイルを評価した。薬剤誘発急性腎障害ラットを作製し、薬物トランスポータ群の発現変動と腎機能の変化との比較解析を行った。その結果、バンコマイシン投与による腎障害に伴い、rOAT1及びrOAT3の発現量が著しく低下することが判明した。また、その発現変動は腎機能の回復と対応した推移を示した。一方、rOCT1及びrOCT2の発現量は大きく変動しなかった。従って、腎障害からの回復過程には有機アニオントランスポータと有機カチオントランスポータが異なる挙動を示すことが明らかとなり、薬物の体内動態に影響を与えることが示唆された。慢性腎不全モデルラットと正常ラットを用いてin silicoサブトラクションを行った結果、両群でrOAT1の発現頻度に差は認められなかったが、OATと同様に有機イオントランスポータファミリーに属するカルニチントランスポータOCTN2の発現頻度は腎不全群で減少していた。またBLAST検索を行い、生理機能が未知である遺伝子の中から新規グルコーストランスポータrNaGLT1の単離に成功した。今後、同様の手法を用いることによる新規薬物トランスポータの同定が期待される。

ヒト有機カチオントランスポータhOCT1の新規一塩基多型について、in vitro発現系を用いて機能解析を行った結果、正常な発現にも拘らず著しく機能低下を伴うことを見出した。
幾何学的構造制御に基づくナノカーボン・スピントロニクスの開拓

本年度は断面変形した単層カーボンナノチューブ(Single Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs)の電子バンド構造を数値的に計算した。SWCNTsの力学的変形が引き起こす興味深い物性として、軸方向への伸長によるパイエルス転移や朝永-Luttinger液体指数の変化等の量子多体効果に関する特異物性が挙げられる。これらは軸方向への力学的変形を主眼としたものであるが、一方、連続弾性体近似を用いると、静水圧印加によりSWCNTsの断面形状が円から波状に変化する。断面形状の変化による電子バンド構造の変化は、電子輸送特性が静水圧印加により大きく変化する可能性を示唆する。この外圧によるバンド構造の動的制御は、電気スイッチ素子への応用へ向けた研究へも波及するものと考える。そこで本研究では、波状変形に起因するSWCNTsの電子バンド構造の変化を数値的に求めた。具体的には、SWCMsの電子状態をタイト・バインディング近似を用いて数値的に求めることで、電子バンド構造が外圧に対してどのように変化するかを求めた。その結果、ある圧力前後でバンド構造が大きく変化することがわかった。このバンド構造変化は、この圧力で波状変形のモードが変化することに起因することが明らかとなった。これらの変化を系統的に調べるために、(15,0)SWCNTsと(14,0)SWCNTsのバンドギャップ・エネルギーの変形振幅依存性を計算した。その結果、(15,0)SWCNTsは金属ー半導体ー金属転移を、(14,0)SWCNTsは半導体ー金属転移を起こすことが明らかとなった。ここで得られた結果は、1電子状態がSWCNTs断面の波状変形により、大きく変化することを意味する。従って、上述の量子多体効果に関する新現象の探索や、外圧による電気スイッチ素子への応用へ向けた研究に対する基礎的知見を与えうるものと考える。(抄録なし)本研究は、物質の幾何学的構造とスピン依存伝導特性の相関を解明することを目的としている。そのため、本年度は主に、ねじれた擬一次元フォトニック結晶中の光伝播特性に関する研究を行った。ねじれ変形が微小な場合、伝播方向の光の空間変化が断面方向のそれよりも十分小さいとした、Born-Oppenheimerの断熱近似を用いることができる。断熱近似を用いると、光伝播を記述する波動方程式は、一般にベクトルポテンシャルを含む形で表されるため、波動方程式の解にはBerryの位相項が付加される。Berry位相を起源とする物理現象は実に多岐にわたっており、光ファイバー中の偏光状態の回転現象や光のスピンHall効果等の光学系のみならず、量子Hall効果やトポロジカル絶縁体に関する現象等の電子系にまで及ぶ。従って、Berry位相に関わる新現象の発見は、その普遍的枠組みが広がることを示唆する点で重要な意味を持つ。本年度は、Berry位相を起源とする新規物理現象の探索を理論的に行った。具体的には、ねじれ系において、Berry位相により光のスピン状態が変化することを理論的に明らかにした。スピン状態の変化を抽出するためには、異なるねじれ構造を有する物質中を伝播する光の重ね合わせが必要であることに着眼し、スピンをフォトニック結晶構造のねじれ変形により操作可能となる条件を精査した。その結果、スピンを操作するための条件が、光の軌道角運動量の差異であることが明らかとなった。さらに、スピンの大きさが2つの光波の位相差に対して周期的に振動することを見出した。これは、ねじれ変形誘起型Berry位相によりスピン・軌道双方の角運動量間に相関をもたらすことを意味する。ここで得られた成果は、Berry位相が、さらに広範な系で発現すること及び多彩な物理現象を示すことを明らかにした点で、極めて重要である。本研究の目的は、物質の幾何構造と伝導電子のスピン流との相関を解明することにある。らせん転位を有する物質は、ガリウム・砒素・シリコン等の半導体から、グラファイト・多層グラフェン等のカーボン系まで多岐に渡り存在する。これら物質のらせん転位に関する実験研究により、密度・空間分布・転位の大きさ・外力下、有限温度下での移動度等、様々な知見が得られている。一方、理論的側面から、らせん転位が、電子状態・偏光状態・古典スピン波などに興味深い影響を与えることが示されている。この効果が電子のエネルギー構造と運動量構造を含む量子輸送に与える影響を調べるために、交流伝導度は有用な概念である。そこで、本年度はらせん転位を有する物質中の交流伝導度を理論的に計算した。らせん転位を有する結晶中の伝導電子の運動を長波長近似で扱うと、その波動関数は外部磁場中を動く電子の波動関数とよく似た形をとる。これは、らせん転位誘起ベクトルポテンシャルにより、電子が量子力学的な位相を獲得することを意味する。しかしながら、転位の大きさと電気伝導との関連を注視した研究は半古典的な取り扱いにとどまっており、完全な量子力学的、系統的考察は十分に行われていない。そこで本研究では、らせん転位に起因する電子輸送問題を理論的に考察した。具体的には、単一のらせん転位を有する3次元結晶中の1電子波動関数を導出し、交流伝導度を久保公式を用いて理論的に求めた。その結果、交流伝導度はテラヘルツ領域でピークをもつことが明らかとなった。さらに、系のFermiエネルギーの増大とともに、ピークが振動することを示した。後者の結果は、転位を含まない3次元結晶に対して外部磁場を加えた場合の伝導度変化とは質的に異なる。

これはすなわち、らせん転位が誘起する量子位相と、磁場の誘起する位相とが、それぞれ電気伝導に異なる寄与を果たすことを意味する。本年度は断面変形した単層カーボンナノチューブ(Single Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs)の電子バンド構造を数値的に計算した。SWCNTsの力学的変形が引き起こす興味深い物性として、軸方向への伸長によるパイエルス転移や朝永-Luttinger液体指数の変化等の量子多体効果に関する特異物性が挙げられる。これらは軸方向への力学的変形を主眼としたものであるが、一方、連続弾性体近似を用いると、静水圧印加によりSWCNTsの断面形状が円から波状に変化する。断面形状の変化による電子バンド構造の変化は、電子輸送特性が静水圧印加により大きく変化する可能性を示唆する。この外圧によるバンド構造の動的制御は、電気スイッチ素子への応用へ向けた研究へも波及するものと考える。そこで本研究では、波状変形に起因するSWCNTsの電子バンド構造の変化を数値的に求めた。具体的には、SWCMsの電子状態をタイト・バインディング近似を用いて数値的に求めることで、電子バンド構造が外圧に対してどのように変化するかを求めた。その結果、ある圧力前後でバンド構造が大きく変化することがわかった。このバンド構造変化は、この圧力で波状変形のモードが変化することに起因することが明らかとなった。これらの変化を系統的に調べるために、(15,0)SWCNTsと(14,0)SWCNTsのバンドギャップ・エネルギーの変形振幅依存性を計算した。その結果、(15,0)SWCNTsは金属ー半導体ー金属転移を、(14,0)SWCNTsは半導体ー金属転移を起こすことが明らかとなった。ここで得られた結果は、1電子状態がSWCNTs断面の波状変形により、大きく変化することを意味する。従って、上述の量子多体効果に関する新現象の探索や、外圧による電気スイッチ素子への応用へ向けた研究に対する基礎的知見を与えうるものと考える。本年度は研究開始初年度であり、昨年度以前に従事してきた研究内容とは異なる考え方を要する。さらに、研究遂行上必要となる基礎知識及び研究手法に関しても新規習得が必要となる。これら基本的考え方、知識、研究手法の習得の必要性の認識に多くの時間を費やした。従って、研究推進方策、及び物理現象に対する新たな物の見方を吸収できた一方、論文発表及び学会発表を通した研究成果発信件数が当初の予定を下回る結果となった。以上の理由から、現在までの達成度は遅れているとの自己評価を行った。本研究課題の目的は物質の幾何学的構造とスピン流との相関を明らかにし、基礎科学から工学的応用までの包括的理解を促進する点にある。このような試みは他に例がなく、研究の基礎的背景の理解が困難であったため今年度前半は研究の進捗が遅れた。しかしながら、今年度後半は多くの研究者と交流・議論を図ることで研究の進展が得られた。その成果は現在論文投稿中であるものの、全体を通して今年度は十分満足のいく成果とは評価できない。このような状況を鑑みて、現在までの達成度は遅れていると判断した。
フランス映画における演技論の展開

本研究は、フランス映画における演技論、演出術の展開を検討することを通じて、映画における演技や演出の特性を明らかにするとともに、その多様性を描き出すことを目的としている。演技、身体、パフォーマンスの問題は、フランスの映画研究において大きなトピックとなっているが、理論が先行し実証が疎かになっている感が否めない。そうした状況を踏まえ、本研究は、製作資料や雑誌など資料に基づき、フランス映画における演技論の展開を具体的に浮かび上がらせることを目指す。本年度は、研究計画書に書いた通り、主に第二次大戦後のフランス映画について資料収集、作品分析、文献講読を行うとともに、これまでの研究成果の総括を行った。戦後のフランス映画については、しばしばヌーヴェル・ヴァーグ以後における俳優のあり方の変化が強調されてきた。本研究では、前年度までに行ってきた戦前のフランス映画における演技論の調査を踏まえ、ヌーヴェル・ヴァーグ以後の作家の試みやそれに対する批評的言説を再検討することで、戦前と戦後のあいだにある断絶と連続性を具体的に浮かび上がらせていった。そうした作業を通じて、これまでの成果を位置づけ直し、フランス映画における演技論の歴史について一定の展望を得ることができた。基礎的な研究に注力した結果、年度内の成果発表に至らなかったことは遺憾ではあるが、今後の発表のために十分な成果を得ることができたと考える。引き続き、演技論の観点からフランス映画史を読み直す作業を継続していきたい。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、フランス映画における演技論、演出術の展開を検討することを通じて、映画における演技や演出の特性を明らかにするとともに、その多様性を描き出すことを目的としている。そうした企図実現のための基礎的な作業として、本年度はまず、フランス国立図書館、シネマテーク・フランセーズ映画図書館、カリフォルニア大学ロサンゼルス校リサーチ・ライブラリーにおいて、フランスの映画雑誌、映画作家の書簡、作品の製作資料などの調査を遂行し、代表的な演出家の演技論や個別作品の生成過程について資料の収集を行った。本年度の具体的な成果としては、ジャン・ルノワールの演技論を、舞台演出家のルイ・ジュヴェやヌーヴェル・ヴァーグの映画作家エリック・ロメールのそれと比較研究することを通じて、映画と演劇における演技論の関わりを再考するとともに、個々の演出家の演技論の特性を浮かび上がらせる作業を行った。とくにルノワールとジュヴェの比較においては、テクスト朗読というメソッドのメカニズムをダニエル・スターンの情動理論を用いて読み解くことで、両者の演技論における情動の働きを明らかにすることができた。来年度は、収集した資料の分析を進め、一層広い視野からフランス映画の演技論について考察を加えてゆきたい。本年度は、研究計画書に書いた通り、主に1930年代から1940年代のフランス映画について資料収集、作品分析、文献講読を行った。トーキー化に伴う映画製作環境の変化を視野に収めつつ、新たに付け加わった声の演出、舞台やミュージックホール出身の俳優の台頭とそれに対する監督の対応といった問題を検討していった。フランス国立図書館やシネマテーク・フランセーズでの資料調査(製作資料、シナリオ、映画雑誌などの調査)も行うことができた。本年度の具体的な成果としては、昨年度の調査成果をもとに、学会発表および論文投稿を行った。まず日本映像学会第39回大会発表において、ジャン・ルノワールのハリウッド第一作『スワンプ・ウォーター』を対象に、ルノワールとハリウッドのスタジオとの俳優演出をめぐる齟齬を分析した。産業化されたタジオでの演出との対比から、ルノワールの演出における手仕事的な「フランス的」特質を浮かび上がらせることができた。また同発表を発展させて論文を執筆、同学会の学会誌『映像学』に投稿し、掲載された。さらに、同学会からの依頼によりレイモン・ベルールの大著『映画の身体』の書評論文を執筆し、身体や情動(これらはもちろん俳優の問題と大いに関わる)をめぐるフランス映画論の最近の成果を紹介するとともに、その意義について論じることも行った。

26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書に記したとおり、フランス国立図書館、シネマテーク・フランセーズ映画図書館、さらにはカリフォルニア大学ロサンゼルス校において資料収集を行うことができた。またエプシュテイン、バロンセリ、ルノワールなどサイレント時代からトーキー時代の映画作家の演技論について調査を行い、その一部を公表することができた。研究計画書に記したとおり、1930年代から1940年代のフランス映画について資料収集、文献講読を行うことができた。また昨年度の調査成果に基づき学会発表、論文投稿することができた。来年度は、本年度に収集した資料の読解を進め、サイレント時代およびトーキー初期の演技論についても成果を発表してゆきたいと考えている。来年度は、これまでに収集した資料の読解を進め、トーキー時代、第二次大戦後のフランス映画における演技論について成果を発表してゆきたいと考えている。
蒸気タービン全段全周流れの大規模流動解析および翼列翌形状の最適化に関する研究

本研究では、発電用ならびに産業用蒸気タービンの性能を最大5%向上させることがてきる革新的なタービン翼形状・翼配置を見出すことを最終的な目標としている。先ず、蒸気タービン数値解析システムを構築し、蒸気タービン内全流路流れを東北大学情報シナジーセンター所有のスーパーコンピュータSX-7上に仮想的に再現し、非平衡凝縮を伴う遷音速流れ場での凝縮現象の捕獲および解明を行った。また、凝縮を伴う三次元静動翼列流れにおいて、潜熱の放出による温度上昇が流れ場および翼面上静圧の変動に及ぼす影響について予測を行った。なお、計算対象とする蒸気タービンの翼型および実験データについては国内重工メーカーより提供を受けた。一方、ターボ機械の翼列に対する計算格子は比較的複雑な形状となることが予想され、効率的ば作業を実現するためには格子生成ソフトウェアの開発が不可欠である。そこで、前処理エンジンとして、計算格子生成ならびにその可視化ソフトウェアを開発した。前処理エンジンはグラフイックスワークステーションに構築した。本研究では、市販の格子生成ソフトウェアと共に、タービン多段翼列用計算格子の生成に特化したGUIを備えたソフトウェアを独自に構築した。格子生成ソフトウェアについては既に研究代表者が開発した物を改良して用いた。解析では実験結果と良好に一致する結果が得られ、本計算コードの有効性が確認されると共に、潜熱の放出に伴う三次元的な静圧の変動や、流路内二次流れ内部における液滴の成長が確認できた。また、液滴の質量生成量の定量的予測を行った。これらは世界的でも類を見ない先駆的な研究成果である。本研究では発電用ならびに産業用蒸気タービンの性能を最大5%向上させることができる革新的なタービン翼形状・翼配置を見出すことを最終的な目標としている.本年度は非平衡凝縮を考慮できる蒸気タービン数値解析システムを構築し,蒸気タービン内部の流れ場を東北大学情報シナジーセンターが所有するスーパーコンピュータ・SX-7上で仮想的に再現し,非平衡凝縮を伴う遷音速流れ場内部での凝縮現象の捕獲および解明を行った.この際,SX-7の1ノード当たりの理論最大性能値である2048.56GFLOPSが完全に発揮されたとしても,1ケースの計算に数百CPU時間が費やされるとの試算が得られたため,計算コードのアルゴリズムやデータ構造をベクトル計算機向けに改良する必要が生じた.結果的に本計算コードのベクトル化率を94.1%から99.3%へと大幅に改善することができ,計算時間は従来の15%程度にまで短縮された.蒸気タービン全段全周周りに対し適用される格子点数は数億点を大きく上回ることになるため,本研究では計算格子を効率よく生成するためのソフトウェア開発が不可欠である.そこで,前処理エンジンとして計算格子生成ならびにその可視化ソフトウェアを開発した.前処理エンジンは画像処理能力の優れたPC上に導入し,グラフィックスワークステーション(GWS)を構築した.また,次年度の研究計画に盛り込まれている後処理エンジンの一部である,流れ場可視化ソフトウェアならびにデータ処理ソフトウェアの開発は本年度中に行った.ところで,凝縮流れには相似則が成り立たないという特徴がある.よって,蒸気タービン内部で形成される非平衡凝縮流れの実験的な再現を試みる場合,実機と同規模の実験装置が必要となり,大学の施設では実現困難である.そこで,本研究では国内重工企業より翼形状や実験データの提供を受け,これを解析対象とした.本研究では、発電用ならびに産業用蒸気タービンの性能を最大5%向上させることがてきる革新的なタービン翼形状・翼配置を見出すことを最終的な目標としている。
老朽化トンネルの破損メカニズム解明と最適対策工の選定及び評価手法の確立

老朽化している二つの導水路トンネルについて、覆工変状のメカニズムとその対策工の有効性を検討し、提案する解析手法の信頼性を確認した。特定する地盤条件、トンネル構造物に限定しているため、適用の一般性がまだ不十分である。より信頼性のある評価手法を確立するために、一般性を有する代表地盤における種々の支保工の組み合わせを系統的に検討した。平成19年度には、覆工変状の対策工として使われている鋼製アーチ工、コンクリート内巻き、覆工背後地盤の空洞の充填、ロックボルトの打設について、内巻きの厚さ、空洞充填材、ロックボルト長などをパラメータとし、それぞれ単独で使う場合の効果とそれらの併用時の効果を検討した。想定したさまざまな組み合わせパターンの解析結果に基づいて、最適対策工の選出を行った。また、同一条件での破壊実験により本研究におけるトンネル模型実験が高い再現性を有していることを確認した。また、本研究では、解析手法の検証に必要な長期的な挙動データを得ることを目的として、クリープ、ひずみ軟化、ダイレイタンシー挙動などの軟岩の特徴的な力学挙動を再現できる人工軟岩を作成し、これを用いたトンネル模型の載荷破壊実験と載荷荷重を保持するクリープ実験を実施した。さらに、同一条件での破壊実験により本研究におけるトンネル模型実験が高い再現性を有していることを確認した。クリープに起因するトンネル周辺地盤(塑性領域の拡大等)の時間依存性挙動を模擬できることが明らかになった。さらに、クリープ期間中、ひずみの深度分布のピークが深部に移行する、すなわち応力再配分といった特徴的な挙動を模擬できることなど、実際の挙動に近いと想定される特徴的な挙動を模擬できることが明らかになった。地山の力学挙動はひずみ軟化現象、クリープ破壊、ひずみ速度依存性のみならず、応力経路にも大きく依存することがよく知られている。研究成果として、著者らが提案した新しい弾粘塑性構成式にはMatsuoka-Nakai規準を使うことにより、一般応力状態での適応性が確認されている。すなわち、三軸応力状態には新、旧の構成式が全く同じ挙動を示しているが、同様な地盤材料定数を用いて平面ひずみ状態の圧縮試験の応力・ひずみ・ダイレイタンシーをシミュレートすると、従来の構成式で予測した軸差応力σ_1-σ_3の理論値が実験値に比べて過大であるのに対して、新しい弾粘塑性構成式は実験値をよく表現している。トンネル模型実験に使用した人工軟岩は、軟岩の力学特性(ひずみ軟化、ダイレイタンシー、クリープ)を模擬できる材料であること、また、同一条件での破壊実験により本研究におけるトンネル模型実験が高い再現性を有していることを確認した。平成18年度に主に老朽化している二つの導水路トンネルについて、覆工変状のメカニズムとその対策工の有効性を検討し、提案する解析手法の信頼性を確認した。

平成19年度には、覆工変状の対策工として使われている鋼製アーチ工、コンクリート内巻き、覆工背後地盤の空洞の充填、ロックボルトの打設について、内巻きの厚さ、空洞充填材、ロックボルト長などをパラメータとし、それぞれ単独で使う場合の効果とそれらの併用時の効果を検討した。想定したさまざまな組み合わせパターンの解析結果に基づいて、最適対策工の選出を行った。また、同一条件での破壊実験により本研究におけるトンネル模型実験が高い再現性を有していることを確認した。また、本研究では、解析手法の検証に必要な長期的な挙動データを得ることを目的として、クリープ、ひずみ軟化、ダイレイタンシー挙動などの軟岩の特徴的な力学挙動を再現できる人工軟岩を作成し、これを用いたトンネル模型の載荷破壊実験と載荷荷重を保持するクリープ実験を実施した。さらに、同一条件での破壊実験により本研究におけるトンネル模型実験が高い再現性を有していることを確認した。クリープに起因するトンネル周辺地盤(塑性領域の拡大等)の時間依存性挙動を模擬できることが明らかになった。さらに、クリープ期間中、ひずみの深度分布のピークが深部に移行する、すなわち応力再配分といった特徴的な挙動を模擬できることなど、実際の挙動に近いと想定される特徴的な挙動を模擬できることが明らかになった。
ヘムオキシゲナーゼのストレス応答による麻酔薬惹起性血管内皮細胞接着機構の解明

ラット腸間膜微小循環系において、吸入麻酔薬ハロセンならびにセボフルランによる白血球接着現象は、ヘム代謝酵素ヘムオキシゲナーゼ(heme oxygenase-1;HO-1)誘導により抑制され、HO-1拮抗薬Zinc Protoporphyrine(ZnPP)により接着現象を再現できたことから、HO-1活性自身が白血球接着抑制に関与している。ヘム代謝産物のうち、ビリルビン表面灌流が微小血管血流を著しく阻害する一方、CO投与がHO-1誘導と同じ程度の抑制効果を示したことから、HO-1誘導による白血球接着反応抑制は主にCOの作用によるといえる。また、抗酸化物質ビリルビンが血流をむしろ阻害したのは、吸入麻酔薬が酸化ストレスではないか、ビリルビンが血管内皮細胞にNO scavengerとして作用している可能性がある。いずれにしても、NOS阻害薬により腸間膜微小循環血流は著しく阻害され、to-and-fro現象を繰り返し、CO表面灌流が血流を回復させる傾向を示した。したがって、HO-1誘導による白血球接着現象はNO依存性である一方、吸入麻酔は血管内皮細胞のNO scavengerに対する感受性を高めていると結論できる。併せて検討している血小板動態も白血球とほぼ同様の傾向を示した。3年間の研究により、HO-1由来のガス状メディエーターCOが微小血管内皮細胞NO産生系を介して、麻酔薬惹起性白血球ならびに血小板接着現象を抑制していることを明らかにした。ストレス応答酵素HO-1が誘導されるには、ある一定の時間を要するために、腹膜炎や多発外傷などHO-1が既に誘導されている重症患者の麻酔に、本研究結果が術後炎症性組織障害や凝固異常などの点から臨床的意義をもつ。研究者らは麻酔薬が一酸化窒素(NO)を介し、全身性炎症反応の重要な第一段階である白血球と血管内皮細胞接着反応を惹起し、組織障害の素因をつくる可能性を示した(Anesthesiology87:591-8,1997)。本研究では第2のガス状メディエーターとして注目されている一酸化炭素(CO)とその産生酵素ヘムオキシゲナーゼを介する機序が細胞接着反応に関与している機構を解明し、麻酔薬惹起性の細胞接着反応をどのように修飾するか検討する。初年度(平成10年度)はまず白血球接着反応にも影響し、麻酔薬との相互作用が指摘されている血小板の動態を白血球と共に検討した。血小板の描出には蛍光色素(CDSF)を用いハイスピードカメラにより解析した。これまでにi)内毒素で惹起される血小板凝集と白血球接着反応はヘミン腹腔内投与によるヘムオキシゲナーゼ誘導により抑制される、ii)ヘムオキシゲナーゼ阻害ジンクプロトポルフィリン処理によりその血小板凝集と白血球接着は再び惹起される、iii)ヘム代謝産物ビリルビンはこの接着凝集反応を強く抑制する、iv)ガス状メディエーターCOはこの接着凝集反応を部分的に抑制することが現在までに判明した。これは、高ビリルビン血症では白血球接着ならびに血小板凝集が抑制される可能性を示唆している。以上の結果をもとに、次年度は吸入麻酔薬が惹起する細胞接着と血小板凝集反応にガス状メディエーターCOとヘムオキシゲナーゼを介する機序がどのように関与しているか検討する。ヘム代謝酵素へムオキシゲナーゼ(heme oxygenase-1;HO-1)が酸素ストレスや炎症性組織傷害過程に関与し(FASEB J 1988;2:2557)、ヘム代謝産物である一酸化炭素(CO)がNOに次ぐ第2のガス状メディエーターとして注目されている(Science 1993;235:1043)。

HO-1は低酸素、高温低温刺激、サイトカインなど周術期関連の侵襲により誘導される(Am J Respir Cell Mol Biol 1996;15:9)ことから、本研究ではHO-1誘導ならびにCOの麻酔薬惹起性血管内皮細胞接着反応(Anesthesiology 1997;87:591)への効果を検討している。今年度(平成11年度)の研究により、1)ヘミンによるHO-1誘導がハロセン惹起性白血球接着ならびに転回を抑制する、2)HO-1拮抗物質Zinc Protoporphylline(ZnPP)によりハロセン惹起性接着反応が再現できる、3)COの表面灌流により、ハロセン惹起性接着反応を抑制すること、4)ビリルビンの表面灌流がハロセン麻酔下における腸間膜微小循環を破綻すること等が明らかとなってきている。つまり、HO-1誘導は麻酔薬惹起性細胞接着を抑制し、その機序としてCOが関与していることが明らかとなりつつある。この結果は日本麻酔学会第47回大会(2000年4月東京)で発表予定である。併せて検討している血小板の生体内動態は現在ビデオテープを解析中であるものの、概ね白血球動態と同様の接着反応を示している。これまで麻酔薬と血小板凝集能を生体外で検討した研究は多いが、その生体内動態(接着反応)と麻酔薬の関連を検討した報告はない。次年度には標本数をさらに増やしてその統計上の証拠を固めると共に、セボフルラン麻酔下での検討を行い、白血球ならびに血小板接着機構に対する麻酔薬の関与をさらに検討していく予定である。ヘム代謝酵素ヘムオキシゲナーゼ(heme oxygenase-1;HO-1)が酸素ストレスや炎症性組織傷害過程に関与し、ヘム代謝産物である一酸化炭素(CO)がNOに次ぐ第2のガス状メディエーターとして注目されている。平成12年度はこれまでの2年間の研究でその方向性を見出した、1)HO-1誘導がハロセン惹起性白血球接着ならびに転回を抑制する、2)HO-1拮抗物質Zinc Protoporphylline(ZnPP)によりハロセン惹起性接着反応が再現できる、3)COの表面還灌流により、ハロセン惹起性接着反応を抑制すること(日本麻酔学会第47回大会2000.4発表済み)に加え、4)ビリルビンの表面灌流がハロセン麻酔下における腸間膜微小循環を破綻することを再確認したうえ、セボフルランでも起きることを明らかにした。さらに、NOS阻害薬N^ω-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME;100μM)の前処置によりHO-1誘導したラット腸間膜の微小循環血流は著しく阻害され、to-and-fro現象を繰り返した。またCO(10μM)を表面灌流することにより、血流は回復傾向を示した。したがって、HO-1誘導による白血球接着現象の修飾はNO依存性である一方、吸入麻酔は血管内皮細胞のNO scavengerに対する感受性を高めている可能性が高い。ヘム代謝産物ビリルビンは強力な抗酸化作用を有する一方、NO scavengeする可能性があり、ビリルビン表面灌流により吸入麻酔下の微小循環血流が阻害された理由がここにある可能性が高い。以上の結果を研究成果報告書にも記載し、論文としてまとめている。
X線磁気円二色性の磁気化学・表面化学への展開

本研究は、放射光を利用したX線磁気円二色性(XMCD)測定を通して磁性薄膜と吸着分子の磁気的相互作用を調べるものであるが、今年度が最終年度にあたる。幸い、今年度になってこれまで建設を続けていた軟X線分光ビームラインが完成し、これを用いたXMCDの研究が可能になった。新ビームラインの性能はこれまで利用していたものに比べて明るさ、安定性ともに優れており、微弱なXMCDスペクトルの測定が可能になった。実験研究は以下の3つである。(1)Cu(100)基板上のCo薄膜を作成し、その上にO及びCOを飽和吸着させた状態のCoL-MCD,O-KMCDの実験を行った。そして、Oに誘起される磁性は強磁性的であるが、COに誘起される磁性は反強磁性的であることを見いだし、これが吸着サイトによるものであることを示唆した。(2)Cu(100)基板上のNi薄膜は、その容易磁化軸が膜厚10ML以下では面内、10-50MLでは面直に、そして、50ML以上では再び面内に向くことが知られている。本研究ではこのNi薄膜に吸着させたCOの誘起磁化の方向を調べた。その結果、面直磁化の場合は強磁性的に、面内磁化の場合には反強磁性的な磁化が誘起されることが分かった。そしてこれを簡単な化学結合モデルで解釈できることを示した。(3)Co磁性薄膜上に蒸着したMnの磁気的性質、その酸素吸着による変化を調べた。そして、MnがCoに強磁性的にカップリングすること、酸素はMnの磁性にのみ大きく影響し、MnOが形成されるとCoと反強磁性的にカップリングすることを示した。以上のような磁性薄膜の分子吸着による影響、更に、誘起される吸着分子の磁気モーメントは基板の厚さ、吸着サイトなど様々なパラメーターで変化しており、今後これらの構造と磁性について系統的に調べることによって新しい表面磁気化学の展開を目指して研究を継続していく予定である。本研究は,放射光を利用した磁気円偏光二色性(XMCD)測定を通して,磁性薄膜と吸着分子の磁気的相互作用を調べ,さらにX線吸収分光法を併用することにより,表面構造と表面磁性の関係を検討することを主な目的とする。今年度は初年であり,測定装置の開発を中心に研究を進めた。まず,標準的な超高真空槽を設計・製作し,これに冷凍機(到達温度l0K),低速電子線回折装置,電子収量測定用大口径マイクロチャンネルプレートなどを導入し,極低温下で表面磁性を観測できるシステムを開発した。冷凍機には液体Heより簡便なクライオミニを用いることにした。現在納入が完了し立ち上げを始めている段階である。一方,これと平行して既存の真空槽を改良して液体窒素温度でXMCD測定が可能なシステムとし,XMCD測定を既に始めた。系としてCu(100)単結晶表面にCo,Ni薄膜を成長させ(薄膜状態ではCoもfcc構造をとる),この上にさらにO原子,CO分子などを吸着させ,金属薄膜の磁化をCo,NiL2,L3吸収端XMCDで,吸着原子分子に関してはO-K吸収端XMCDを用いて磁化観測を試みた。

O原子に関しては吸着量の増大(酸化の進行)とともに金属の磁化が減少することが観測されるとともに,表面吸着状態ではO原子自体も基板磁性金属と同じ方向に磁化していることが観察できた。吸着原子分子の磁化を直接観測できたことはおそらくこれまでに報告がなく,価値のある実験結果を得たといえる。COなどの分子に関してはまだ十分なデータが得られていないが,今回作成した新しいシステムを用いて引き続き次年度以降検討していく。まず、昨年度設計・製作したX線磁気円二色性(XMCD)測定用長高真空槽の立ち上げ・測定装置組み込みを行い、物構研放射光施設(KEK・PF)のビームライン11Aにおいて測定をはじめた。取り上げた系はCu(001)表面上にエピタキシャル成長させたCo、Ni薄膜にCOを吸着させたものである。Ni薄膜はそれ自身膜厚によって表面平行磁化→垂直磁化→平行磁化のように興味深い転移を示す。特に垂直磁化はその発現機構の解明と記録素子への応用のため注目が集まっているものである。Ni薄膜にCOを吸着させるとその垂直磁化の膜厚領域が拡大する。この磁気的性質をミクロスコピックに検討するため、薄膜の磁化のみならず吸着種の磁化もXMCD法により調べた。これまで吸着種のK吸収端XMCDは測定上の困難から先例がなかったが、本研究において世界ではじめてその測定に成功した。面内に磁化したCo、Ni薄膜上のCOについては、O1s→CO2π^*遷移に対して弱い正のMXCD信号を得た。これはOの軌道磁気モーメントが負(Co、Niと反強磁性的)であることを示している。最近のCO/Coクラスター系の計算結果でもCOにしみだしたスピン磁気モーメントは負であるという結果が報告されており、本研究の結果と対応するものと考えられる。一方、面垂直に磁化したNi薄膜上のCOについては、O1s→CO2π^*遷移に対して強い負のXMCDを得た。これは逆にOの軌道磁気モーメントが正(Niと強磁性的)であることを示しており、面内示か薄膜上の結果と異なるものである。詳細は省略するが、これらの磁化の逆転は、スピンと軌道の磁化方向が同じであるとすれば金森則からも妥当であり、面外磁化の場合に軌道磁気モーメントが大きいこともCOが立って吸着していることを考えれば納得できる結果である。本研究は、放射光を利用したX線磁気円二色性(XMCD)測定を通して磁性薄膜と吸着分子の磁気的相互作用を調べるものであるが、今年度が最終年度にあたる。幸い、今年度になってこれまで建設を続けていた軟X線分光ビームラインが完成し、これを用いたXMCDの研究が可能になった。新ビームラインの性能はこれまで利用していたものに比べて明るさ、安定性ともに優れており、微弱なXMCDスペクトルの測定が可能になった。実験研究は以下の3つである。(1)Cu(100)基板上のCo薄膜を作成し、その上にO及びCOを飽和吸着させた状態のCo L-MCD,O-K MCDの実験を行った。そして、Oに誘起される磁性は強磁性的であるが、COに誘起される磁性は反強磁性的であることを見いだし、これが吸着サイトによるものであることを示唆した。(2)Cu(100)基板上のNi薄膜は、その容易磁化軸が膜厚10ML以下では面内、10-50MLでは面直に、そして、50ML以上では再び面内に向くことが知られている。本研究ではこのNi薄膜に吸着させたCOの誘起磁化の方向を調べた。その結果、面直磁化の場合は強磁性的に、面内磁化の場合には反強磁性的な磁化が誘起されることが分かった。そしてこれを簡単な化学結合モデルで解釈できることを示した。(3)Co磁性薄膜上に蒸着したMnの磁気的性質、その酸素吸着による変化を調べた。
自動車産業における供給連鎖網の頑健性と脆弱性：ネットワーク分析による実証研究

平成30年度は、2件の研究発表を行った。第1件目として、日本商業学会第68回全国研究大会で2018年5月に「自動車メーカーの生産拠点国の重層性」という論題で研究発表を行った。本研究では、自動車産業において、各メーカーはどこの国に海外直接投資をしているのかに焦点を当て、メーカー間の参入国間のオーバーラップと、国家間のメーカーの生産拠点のオーバーラップについて実証的に分析を行った。その結果、メーカー間の生産国の類似性から、メーカーの出生国及びメーカーの規模が生産拠点の重層性に影響していること、生産国間のメーカー進出先の類似性からは、地域(エリア)によるクラスターがゆるやかに形成され、多数のメーカーが進出している国は地域を越えて類似していることが明らかになった。第2件目として、商品開発・管理学会第31回大会で2019年3月に「ノスタルジアと商品デザイン:コンセプトカーのアンケート調査を通じて」という論題で研究報告を行った。その結果、現在市販されていないコンセプトカーにおいても、そのデザインにノスタルジアを覚えるうること、ノスタルジア性向の高い人が、旧車をモチーフにしたクルマを好むという関係がみられないこと、クルマのデザインにおけるノスタルジア性は、今回取り上げたいずれのデザインにおいても選好にポジティブな影響があることが確認された。そのため、消費者のノスタルジア性向の関わりなく、クルマのデザインのノスタルジア性は消費者の選好を高めるのに有効であると考えられる。初年度は、まず、岡本(2011、2014)で展開した1次サプライヤーと自動車メーカーの多対多の取引構造に対するネットワーク分析を時系列に発展させ、1次サプライヤーと自動車メーカーの取引のネットワーク関係から、時系列に各自動車メーカーの購買ポジションの推移を分析することを目的としてきた。そのために、(株)アイアールシーによって1993年以降発行されてきた「日本自動車部品産業の実態」などを入手したうえで、1993年、2004年、2013年の3時点の自動車部品サプライヤーの協力会加盟状況のデータからメーカー間誘導ネットワークを抽出し、サプライヤーの重複度(行列)の分析を進めた。その結果、ここ20年間の自動車メーカーと部品サプライヤーの取引構造において、次の3点の結果を得ることができた。第1に、自動車メーカー別の協力会加盟サプライヤー数は減少していないなかで、いずれかの国内メーカー協力会へ加盟するサプライヤー総数は大幅に減少してきた。第2に、第1の点の結果として部品サプライヤーが同時に複数の協力会に加盟するオーバーラップが大幅に増加しており、取引サプライヤーの同質化が示唆される。最後に、メーカー間サプライヤー重複度行列に対する多次元尺度法、クラスター分析によって、商用車、軽自動車といった取り扱われる車種ごとにメーカー間の位置関係は近づく傾向にあった。なお、本研究結果は、『商品開発・管理研究』に投稿し、査読付論文として掲載された。4年計画の本研究課題について、初年度の研究計画に沿ってほぼ順調に進めることができた。平成28年度は、自動車メーカーと1次サプライヤーの多対多の関係を部品市場ごとに分析するために、岡本(2012)で得られたサプライヤーとメーカーのネットワーク密度の対称性と寡占度を示す特徴を利用し、分析を進めた。この点については、平成27年9月に実施された日本経営学会第89回大会での研究発表の内容をもとに、今年度研究要旨を取りまとめ、その要旨は「企業間取引における双対誘導ネットワークの相関ー自動車部品市場を対象としてー」として『経営学論集第86集』(http://www.jaba.jp/)に掲載されている。次に、2017年9月に専修大学神田キャンパス実施された日本経営学会第90回大会において、「自動車産業における進出国によるメーカーの類型化」という論題で研究発表を行った。本研究の問題意識は、グローバル化が急速に進展してきた自動車産業において、海外進出国のポートフォリオは、メーカー間でどの程度共通し、またメーカーごとにどのような特徴があるのか、という点にあったため、自動車メーカーがグローバルに展開を進める生産拠点(国)に焦点を当てている。方法論に関しては、株式会社フォーインが発行する「世界自動車統計年刊」からデータ・セットを作成し、ネットワーク分析を適用したうえで、さらに、多変量解析(多次元尺度法、クラスター分析)を適用し、自動車メーカーの進出(生産)国の類似性からメーカーの類型化を行うこととした。結果的に、22の自動車メーカーは海外直接投資先によって「多国籍型」「準多国籍型」「限定拠点型」「日系中堅型」「中国型」に類型化されることが明らかになった。4年計画の本研究課題について、2年目の研究計画に沿っておおむね順調に進めることができた。ただし、研究成果を研究要旨として発表したものの、学会誌等に投稿するには至っていない。一方、先行してグローバル化に関してのネットワーク分析に着手できた。平成29年度は、2件の研究発表を行った。第1件目として、商品開発・管理学会第28回全国大会で2017年6月に「国内自動車産業におけるOEMのネットワーク分析」という論題で研究発表を行った。本研究では国内自動車メーカー間のOEMを対象にネットワーク分析を適用することで、自動車産業におけるOEMに潜むメカニズムについて考察を行っている。その結果、業界の市場地位に関して、リーダーであるトヨタ(グループ)に対抗すべく、ホンダを除くチャレンジャー以下の企業は相互に競争しつつも、品揃えを補完すべく協働的OEMを相互に展開していることが明らかになった。第2件目として、日本経営学会第91回大会で2017年9月に「自動車産業における部品サプライヤーの取引品目間のオーバーラップ」という論題で研究報告を行った。

本研究では、サプライヤーが複数の部品市場に跨り部品を納入する状況を実証的に把握し、どの程度のサプライヤーが複数の部品を納入しているのか、どのような品目間でオーバーラップが生じているのか、をアソシエーション分析にもとづき分析している。全体的には、部品間の連動性が要求される擦り合わせ型の品目群や類似性の高い品目でオーバーラップが発生する傾向が高いことが確認された。多くのオーバーラップは同一の部品カテゴリー内で発生しているが、外装品と内装品間などでは部品カテゴリーを越えてオーバーラップが見られた。これらの結果は、部品サプライヤーにとってどの品目間で範囲の経済が発生するのかを示唆している。最後に、2016年3月に商品開発・管理学会の学会誌(『商品開発・管理研究』12巻2号)に掲載された論文「自動車メーカー間の部品サプライヤーのオーバーラップー3時点における所属ネットワークの変動ー」が昨年6月に第5回優秀論文賞を受賞するとともに、それを受けて3月にも滋賀大学の学長表彰を受けた。研究課題の3年目の研究計画に沿っておおむね順調に進めることができた。平成30年度は、2件の研究発表を行った。第1件目として、日本商業学会第68回全国研究大会で2018年5月に「自動車メーカーの生産拠点国の重層性」という論題で研究発表を行った。本研究では、自動車産業において、各メーカーはどこの国に海外直接投資をしているのかに焦点を当て、メーカー間の参入国間のオーバーラップと、国家間のメーカーの生産拠点のオーバーラップについて実証的に分析を行った。その結果、メーカー間の生産国の類似性から、メーカーの出生国及びメーカーの規模が生産拠点の重層性に影響していること、生産国間のメーカー進出先の類似性からは、地域(エリア)によるクラスターがゆるやかに形成され、多数のメーカーが進出している国は地域を越えて類似していることが明らかになった。第2件目として、商品開発・管理学会第31回大会で2019年3月に「ノスタルジアと商品デザイン:コンセプトカーのアンケート調査を通じて」という論題で研究報告を行った。その結果、現在市販されていないコンセプトカーにおいても、そのデザインにノスタルジアを覚えるうること、ノスタルジア性向の高い人が、旧車をモチーフにしたクルマを好むという関係がみられないこと、クルマのデザインにおけるノスタルジア性は、今回取り上げたいずれのデザインにおいても選好にポジティブな影響があることが確認された。そのため、消費者のノスタルジア性向の関わりなく、クルマのデザインのノスタルジア性は消費者の選好を高めるのに有効であると考えられる。4年計画の本研究課題について、2年目の研究計画に沿って進める予定である。4年計画の本研究課題について、3年目の研究計画に沿って進める予定である。本研究の4年目の計画に沿って進める予定である。特に、本年度は最終年度にあたるため、論文の作成等成果物を意識して取り組みたい。
自動車のマルチマテリアル化に向けた異材接合部の耐衝撃性支配因子の解明

本研究では,自動車などに用いる耐衝撃性に優れた異材接合部の実現に向けて,衝撃変形時の慣性や衝撃破壊に対して異材接合ゆえの力学的不均一性がもたらす影響を十分に理解することを目的として,弾性定数は同じであるが強度差のある軟鋼と高強度鋼をクラッド接合した継手を用い,異種鋼板接合部の衝撃時のひずみ分布と温度分布の可視化及び破壊特性の調査に取り組んだ。接合部が衝撃負荷で破壊するまでの過程を詳細に把握するため,高速カメラや高速サーモグラフィを用いて接合部の変形や温度場を連続して撮影した。H29年度に着手した取り組みでは,異種鋼板クラッド接合継手を用いて動的3点曲げ試験を実施し,サーモグラフィによる温度場の高速撮影で接合部の高速変形時の温度上昇をとらえ,その可視化に成功した。これに対し,塑性仕事による発熱と高速変形中の熱伝導を考慮した動的数値解析モデルによる計算を実施し,この解析で求めた異種鋼板クラッド接合部の温度場をサーモグラフィで計測した結果比較して,計算に用いたモデルの妥当性を確認した。この成果はH30年度に学術論文として掲載された。さらに,その成果をふまえて,異種鋼板継手の動的数値解析モデルを破壊評価に適用した。継手の破壊靭性をシャルピー吸収エネルギーからワイブル応力を媒体として評価する手法を構築し,その有効性を異種鋼板クラッド継手を用いた実験で検証した。このモデルを用いて吸収エネルギーに及ぼす強度ミスマッチの影響を指標化し,パラメトリックな解析で影響度を調べて強度比の関数で与えられることを実証した。H29年度の取り組みでは,異種鋼板クラッド接合継手を用いて動的3点曲げ試験を実施し,サーモグラフィによる温度場の高速撮影で接合部の高速変形時の温度上昇をとらえ,その可視化に成功した。この実験によると,高速変形中のクラッド接合界面で温度が非対称に分布しており,接合部の軟らかい側での温度上昇が顕著であった。また,塑性仕事による発熱と高速変形中の熱伝導を考慮した動的数値解析モデルによる計算を実施し,この継手が衝撃負荷を受けた際の塑性変形挙動と温度上昇を解析した。この解析で求めた異種鋼板クラッド接合部の温度場はサーモグラフィで計測した結果と概ね一致しており,計算に用いたモデルの妥当性が確認できた。この検討により異種鋼板接合部の衝撃時の温度上昇量は接合部の力学的不均一性の影響を受けていることがわかった。これまでに得られた成果について,2018年7月に開催される国際会議で発表を計画しており,既に論文投稿を完了した。当初に計画していたとおり,高速撮影可能な赤外線カメラを導入して,それを用いた温度場の観察によって異種鋼板クラッド接合部の高速変形時の温度上昇をとらえ,その可視化を達成した。また,接合部の温度上昇を動的に解析するための材料構成式について,様々な引張速度や温度で引張試験を実施してひずみ速度・温度依存性を反映させることに取り組んだ。それをふまえた動的数値解析モデルで計算した温度分布はこのカメラによる高速撮影で計測した結果とほぼ一致しており,計算手法の妥当性が確認できた。これにより動的数値解析で異種鋼板接合部の温度場や高速変形を再現でき,衝撃負荷で破壊するまでの過程を詳細に把握することが可能となった。以上の理由より,本研究の進捗状況は順調であると判断した。

このモデルを用いて吸収エネルギーに及ぼす強度ミスマッチの影響を指標化し,パラメトリックな解析で影響度を調べて強度比の関数で与えられることを実証した。今後は,これまでに妥当性を検証した動的数値解析モデルを用いて,1)異種鋼板の強度差の影響のパラメトリック解析と2)異種金属継手のヤング率差の影響の解析に取り組み,異材接合部の材料特性の不均一性が衝撃変形や試験片温度変化にもたらす影響を解明することを進める。衝撃負荷によって破壊するまでの過程を把握し,接合部の衝撃破壊を支配する要因について検討する。また,熱伝導解析と動的応力解析の連成による複雑な繰り返し計算が必要となるため計算処理コストが高くなるが,この計算を加速させるために,次のような工夫を予定している。1.並列化処理による計算速度の向上2.マススケーリング解析の有効性の検証と,それによる計算速度の向上以上の方策に取り組み,本研究の目的達成に向けて推進する。当初に計画していた高速撮影可能な赤外線カメラの導入において,他の研究費と合算することで予算範囲内で購入したことによる。また,カメラ導入の時期が年度後期となったため,学外での実験実施時期を次年度に繰り越すことになり,旅費や人件費が発生しなかった。なお,次年度には汎用コードによる数値解析を並列化するための追加ライセンス料に用いることを予定している。