hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形非凸型ネットワーク計画問題の効率的解法に関する研究

しかし、規模の経済などを考慮し,より精密なモデル化を行なうと非線形・非凸性の現れることが稀でなく,多数の局所最適解の中から大域的に最適な解を見つけだすことは困難である.本研究では,非線形に作用する変数が現実の問題には相対的に少ない点を着目し,非線形非凸型ネットワーク流問題の大域的最適解を効率的に生成するアルゴリズムの提案を行なった.(1)輸送問題の供給点の中で2つ,または3つが輸送される製品の生産拠点である場合を考慮し,凹型生産費用と線形の輸送費用の総和を最小化する準多項式時間アルゴリズムを設計した.供給点の総数まで限定した従来の解法より一般化された問題を解くことが可能となり,また計算実験も良好な結果を収めた.(2)最大流問題の2つの流出口を流れの生産拠点と捉え,生産費用と輸送費用の総和が一定額を越えない制約を加えた場合の考察を行なった.生産費用の凹性によって逆凸計画問題に定式化されるが,(1)のアルゴリズムを手続きとして用いることで,大域的最適解が準多項式時間で得られることを示した.(3)ネットワーク上で総流量と輸送費用とを同時に最適化する2目的ネットワーク流問題を考察し,2つの値の積を最適化する方法を提案した.定式化された問題の目的関数は準凹型となるが、その大域的最適解は準多項式時間で,また最適解ならば多項式時間で算出することに成功した.(4)(2)で考察した2目的最適化を一般化し,凸集合上で複数の凸関数を最適化する多目的最適化問題を非凸型最適化問題に帰着させ,その大域的最適解を生成するアルゴリズムを設計した.計算実験では目的関数が5つの場合まで良好な結果を収めた.
ガス検出器における陽イオン検出で目指す稀事象探索のブレークスルー

キセノンガスによるタイムプロジェクションチェンバー(TPC)検出器において、陽イオンを検出する新しい手法を開発する研究を進めている。キセノンガスTPCは高いエネルギー分解能を持つことが可能な検出器であるが、信号に用いる電離電子の拡散が大きいため位置分解能は高くない。電離電子とともに生成される陽イオンはドリフト中の拡散が小さいと予想される。陽イオンの検出法が確立されれば、暗黒物質やニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊崩壊探索に応用可能な、エネルギー分解能に加え空間分解能においても秀でたタイムプロジェクションチェンバーの実現へとつながる。本研究では、負電圧を印加したワイヤ電極に陽イオンが到達した際に放出される二次電子が電場により逆方向に加速されキセノンガスと衝突し脱励起光を発生するという過程を用いて陽イオンを検出することを目指す。前年度、陽イオンによる信号を初観測することが目標に簡易セットアップの構築をしたが、信号は観測されなかった。本年度は、文献の調査を進め電極の材質としてタングステンを採用した。タングステンの仕事関数は、キセノンのイオン化エネルギーに比べて非常に小さいため、電極でのキセノンイオンの中性化の際にオージェ過程によって電子が放出されると期待される。電場の有限要素法計算を行い電極構造の改良も行い、タングステン電極を用いて1気圧のキセノン中で測定を行った所、陽イオンによると思われる信号を観測した。希ガス検出器中での陽イオンによる信号の観測は、世界で成功した例がなく、実現するまでに、電極材質、電極構造などの問題の解決をしなければならなかった。陽イオンによると思われる信号の観測に成功したので、気圧、電圧、電極材質などの系統的な測定を行い、検出器への応用に必要な基礎データを収集する。特に二次電子放出率の高いと予想される酸化マグネシウム膜を蒸着したモリブデン電極の測定を行う。また、位置情報を取り出すために多チャンネル化も行う。本研究では陽イオンの検出に、負電圧を印加したワイヤ電極に陽イオンが到達した際に放出される二次電子が電場により逆方向に加速されキセノンガスと衝突し脱励起光を発生するという過程を用いる。まず、陽イオンによる信号を初観測することが目標に簡易セットアップの構築をした。ワイヤ電極の直径と必要とされる電圧の関係を調査し、また有限要素法による電場計算を行い、直径30ミクロンの金メッキタングステンワイヤに3kVの電圧を付加することとした。ワイヤが電場から受ける力を考慮し、ワイヤに適切なテンションをかけて固定している。アルファ線源、接地電極、ワイヤ電極、ガス容器、光電子増倍管、ガス系統、高電圧電源等からなる測定装置を製作した。キセノンガスの脱励起光は、波長170 nmの真空紫外光のため光電子増倍管は真空紫外光に感度があり、また低アウトガスの実績のあるものを用いている。現座、この簡易セットアップによる測定を開始した所である。ガス系統に用いる特殊なバルブの納期が5か月と予想外に長かったことが一因である。セットアップ完了後、1,2回目の測定を行った所、まだ信号が見えていない。光電子増倍管に付加している電圧が電場を歪めている可能性があるため、その対応を行っている。現在、陽イオンによる信号が見えていない原因を突き止める。

光電子増倍管からの電場の遮蔽、ワイヤの固定法の改良、別素材のワイヤでの試験などを行う予定である。その後、当初の予定通り、陽イオンのドリフト速度や二次電子放出効率などの基礎的な物理量の測定へと進む。陽イオンによると思われる信号の観測に成功したので、気圧、電圧、電極材質などの系統的な測定を行い、検出器への応用に必要な基礎データを収集する。特に二次電子放出率の高いと予想される酸化マグネシウム膜を蒸着したモリブデン電極の測定を行う。また、位置情報を取り出すために多チャンネル化も行う。簡易セットアップで陽イオンの信号を検出できることを確認した後、本格的な実験セットアップを製作する予定であった。しかし、7欄に記載したように、簡易セットアップによる陽イオン検出の最初の原理検証でまだ試行錯誤を行っており、本格的な実験セットアップの製作に進めていない。今年度は、この原理検証の本実験セットアップの製作および当初予定の多チャンネル、マルチワイヤの検出器を製作で予算を使用する予定である。7欄に記述したように、陽イオンの信号を検出するまでに試行錯誤を重ねたため。H31年度は、酸化マグネシウム蒸着モリブデン電極の測定と、多チャンネル化を進める。そのため電極の製作および光素子の購入に予算を使用する計画である。
レーザーによる高時間分解能RPCの開発とその医用への応用

高時間分解能を持つ高抵抗電極板型チェンバー(RPC)の多層構造RPCを3gap(ガラスった.計測用ガスをAvalanche modeでAr(50)+C_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5),Streamer modeではC_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5)の混合ガスを使用して各々のモードでの時間分解能の測定を行った.3gapのガラス1mmではStreamer,AvaIanche modeでそれぞれ□=0.92,0.48nsec,ガラス2mmでは□=1.0,0.71nsecの時間分解能が得られた.また5gapでは1.14,0.76nsecが得られた.これらの実験より(1)Streamer modeでの時間分解能はStreamer生成のパルスの揺らぎが大きいことよりAvalanchemodeより低い値が得られ,(2)また時間分解能は電極間で荷電粒子により生成された電離クラスターの場所による時間のジッターにより決定され,このジッターは電極間隔が狭くなれば小さくなることが分かった.(3)さらにRPCの時間分解能は電極間を一定とすると電極間に挿入した局抵抗板(ガラス)の厚さにも比例することが分かった.さらに3gapRPCで時間分解能として0.48nsecが得られた.この値はRPCの値としては評価される結果であり,これらの知見から高時間分解能が要求されるPETへの応用が期待できる.高時間分解能を持つ高抵抗電極板型チェンバー(RPC)の多層構造RPCを3gap(ガラスった.計測用ガスをAvalanche modeでAr(50)+C_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5),Streamer modeではC_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5)の混合ガスを使用して各々のモードでの時間分解能の測定を行った.3gapのガラス1mmではStreamer,AvaIanche modeでそれぞれ□=0.92,0.48nsec,ガラス2mmでは□=1.0,0.71nsecの時間分解能が得られた.また5gapでは1.14,0.76nsecが得られた.これらの実験より(1)Streamer modeでの時間分解能はStreamer生成のパルスの揺らぎが大きいことよりAvalanchemodeより低い値が得られ,(2)また時間分解能は電極間で荷電粒子により生成された電離クラスターの場所による時間のジッターにより決定され,このジッターは電極間隔が狭くなれば小さくなることが分かった.(3)さらにRPCの時間分解能は電極間を一定とすると電極間に挿入した局抵抗板(ガラス)の厚さにも比例することが分かった.さらに3gapRPCで時間分解能として0.48nsecが得られた.この値はRPCの値としては評価される結果であり,これらの知見から高時間分解能が要求されるPETへの応用が期待できる.昨年度は下記の順序で実験を行った.(1)RPCの製作とガス気密容器の製作を行った.製作したRPCは極板の大きさは30cmx30cm,厚さ2mmのガラスを電極とし,極板間は2mmである.(2)PET用の位置分解能を得るため8chのストリップを有する読み出しストッリプ製作し,窒素レーザーを使用したとき,入射窓からの距離の関数として電離電子生成の分布を求め,それによる読み出しストリップの間隔や幅によるストリマー生成数を観測した.RPCからの読み出しストリップの製作と読み出し系(エレクトロニクス)の整備を行った.(4)ストリップから得られる信号を処理するオンラインプログラムの開発を行った.さらにGEANTシミュレーターで異なったγ線のエネルギーを入射したときの電極厚さによる光電子の効率のシミュレーションを行い,電離電子によるストリマーの電荷分布,時間分布をそれぞれADC, TDCを用いて測定するプログラムの開発を行いオンライン測定系の構築した.(5)窒素レーザーの整備と光学系の最適化の実験を行い,窒素レーザーによる2光子吸収過程で電離電子が生成される確認を行った.高時聞分解能を持つ高抵抗電極板型チェンバー(RPC)の多層構造即Cを3gap(ガラス1mm,2mm,間隔0.36mm)の2種類,5gap(ガラス1mm,間隔0.36mm)の1種類の計3種類を製作し,実験を行った。計測用ガスをAvalanche modeでAr(50)+C_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5),Streamer modeではC_4H_<10>(8)+C_2H_2F_4(87)+SF_6(5)の混合ガスを使用して各々のモードでの時間分解能の測定を行った。3gapのガラス1mmではStreamer,Avalanche modeでそれぞれσ=0.92,0.48nsec,ガラス2mmではσ=1.0,0.71nsecの時間分解能が得られた.また5gapでは1.14,0.76nsecが得られた。これらの実験より(1)Streamer modeでの時間分解能はStreamer生成のパルスの揺らぎが大きいことよりAvalanche modeより低い値が得られ,(2)また時間分解能は電極間で荷電粒子により生成された電離クラスターの場所による時間のジッターにより決定され,このジッターは電極間隔が狭くなれば小さくなることが分かった。

(3)さらにRPCの時間分解能は電極間を一定とすると電極間に挿入した高抵抗板(ガラス)の厚さにも比例することが分かった。さらに3gap RPCで時間分解能として0.48nsecが得られた.この値はRPCの値としては評価される結果であり,これらの知見から高時間分解能が要求されるPETへの応用が期待できる。
サイトカインを標的とする強皮症の治療戦略

IFN-γ、IL-4、IL-17Aの各欠損マウスに、ブレオマイシン連日皮内投与による強皮症モデルを誘導した。このうち、IL-17A欠損マウスだけが有意に皮膚硬化が軽減した。IL-17Aの欠損により、白血球の皮膚浸潤やTGF-βやCTGFの発現が抑制された。ブレオマイシンの注射は、Th17細胞の分化を誘導し、皮膚におけるIL-17A発現を増強させた。皮膚の培養線維芽細胞は、IL-17Aの添加によりTGF-β、CTGF、コラーゲンの産生を増加させた。IL-17Aが、TGF-βやCTGFの発現を促進することにより、強皮症の線維化に関与している可能性が示唆された。ブレオマイシンを連日皮内注射して皮膚硬化を誘導する強皮症マウスモデルにおいて、Th1、Th2、Th17のそれぞれ代表的なサイトカインであるIFN-gamma、IL-4、IL-17Aの皮膚線維化への役割を明らかにする。このために、3つのそれぞれのサイトカインの欠損マウスにおいてブレオマイシン誘導性強皮症モデルを作成し、野生型との比較を行った。IL-17Aの欠損マウスでは皮膚硬化が有意に軽快した。一方で、IFN-gammaやIL-4の欠損マウスでは、野生型と差がみられなかった。次に、IL-17Aがブレオマイシン誘導性の皮膚の線維化にどのように作用しているか、その機序に関して検討した。ブレオマイシンの注射は、皮膚におけるIL-17AのmRNAの発現やタンパク量を増加させた。また、ブレオマイシンの注射は、脾臓におけるTh17細胞の増加、IL-17Aの産生を誘導することが明らかとなった。また、IL-17A欠損マウスの皮膚では、ブレオマイシンの注射により誘導されるTGF-betaやCTGFなどの線維化に重要な成長因子の産生が有意に低下していた。これらの結果から、ブレオマイシン誘導性強皮症モデルにおいて、IL-17AがTGF-betaやCTGFなどと協調的に線維化に関与しているものと考えられた。この結果は、皮膚の線維化においてIL-17Aの役割を示す斬新な知見と考えられ、今後の強皮症の病態解明と治療の開発に役立つものと思われる。全身性強皮症患者のその後の症状の進行を予測する指標を検索するために、末梢血中において、さまざまなケモカインの濃度を、cytometric beads arrayにて測定した。その結果、初診時のCXCL8の濃度がその後の身体機能の低下と相関することが明らかとなり、病勢の予測に有用な可能性が示唆された。また、ブレオマイシン誘導性強皮症モデルにおける各サイトカインの役割をサイトカインの遺伝子欠損マウスを用いて検討したところ、Interleukin (IL)-17Aがinterferon-gammaやIL-4よりも炎症やそれに引き続く線維化に重要であることがわかった。IL-17A欠損マウスではリンパ球やマクロファージの浸潤が著明に減少していた。その機序として、IL-17Aは接着分子のひとつであるintercellularadhesion molecule-1 (ICAM-1)の発現誘導に関与している可能性が示唆された。また、IL-17A欠損マウスの皮膚でコラーゲン沈着が増加している機序についても検討した。ブレオマイシンの連日皮内注射により皮膚でのtransforming growthfactor (TGF)-betaやconnective tissuegrowthfactor (CTGF)などの線維化に重要な成長因子の発現が誘導されるが、IL-17Aの欠損により、それらの発現誘導が顕著に抑制されることが示された。<最終年度の成果>強皮症モデルであるタイトスキンマウスは、生後23ヶ月までに皮下を主体とする皮膚の肥厚を示す。今年度は、IL-17A欠損マウスを交配して、IL-17A欠損タイトスキンマウスを作成したところ、IL-17A欠損タイトスキンマウスでは、通常のタイトスキンマウスに比べて、皮膚の肥厚が有意に抑制されていた。また、in vitroでIL-17Aの線維化への役割を明らかにするために、ヒトの皮膚由来の線維芽細胞にTGF-beta1を添加してコラーゲンの産生をみる系において、IL-17Aを追加投与すると用量依存性にコラーゲンの産生が増加した。この培養線維芽細胞においてはTGF-beta1やCTGFが高発現しており、IL-17AはTGF-beta1やCTGFの発現を促進することによりコラーゲン産生を促進する可能性が示唆された。<研究機関全体の成果>初年度では、強皮症患者の病気の進行を予測するバイオマーカーとして血清中のCXCL8が有用であることを報告した。

また、最終年度までにブレオマイシン誘導性強皮症のマウスモデル、タイトスキンマウス、in vitroの実験などから、IL-17Aが皮膚の線維化に重要であり、その機序としてはTGF-betaやCTGFと協調的に線維化に働いていることを明らかにした。これらの一連の結果から、IL-17Aを標的とした治療が強皮症に有用である可能性が示唆され、今後臨床応用へと発展させたい。全身性強皮症予定どおり、順調に研究成果が得られている。強皮症患者の血清中のケモカインの測定と解析は、予定通りに進行し、大変興味深い結果が得られている。また、マウスを用いた実験においても、ブレオマイシン誘導性強皮症モデルにおいて、IL-17Aが皮膚の線維化に重要であることがわかり、本研究の今後の発展性が見込まれる。今のところ研究は順調に進んでおり、最初の計画どおりに進めて行く。ブレオマイシン誘導性強皮症モデルにおけるサイトカインの役割を、in vivo、in vitroの検討により詳細に検討していく。また、タイトスキンマウスモデルにおいても、同様に遺伝子欠損マウスとの掛け合わせによって、各サイトカインの皮膚線維化への役割を検討していく。今年度は、前年度までに購入した試薬などを使うことが多く、使用額を少なく抑えることができた。これまで貯蓄のあった試薬もなくなってきており、また最終年度には高い試薬を使用する実験も控えているため、最終的には全額を使いきることになるものと思われる。平成24年度に予定していた皮膚硬化の病態解析に関するマウスの研究の一部を次年度に行う予定としたため、それに伴う費用は次年度に繰り越しとした。次年度は、マウスの飼育費に加えて、マウスの実験の解析に用いるPCR、ELISA、フローサイトメトリー、組織染色などの試薬や抗体の購入に用いる。他に、培養細胞の入手、維持やそれに関する実験の試薬の購入に使用予定である。
微小撹乱を用いた周期渦の効率的制御法の開発

2次元キャビティ流れに対して,フィードバック制御にもとづいた微小流速撹乱を付加することにより空力音の原因となる周期渦を制御する手法について数値流体解析により検討した.微小流速撹乱は,キャビティ下流エッジ付近の監視点の鉛直方向流速に一定の制御ゲインをかけ,上流エッジの撹乱源にフィードバックすることにより与えた.その結果,以下の知見が得られた.1.監視点流速に対して半周期遅れのフィードバック撹乱を付加すれば,制御ゲイン5%程度の微小な撹乱であっても,音圧レベルにして3040dB程度の極めて高い低減効果を得ることができる.2.半周期遅れのフィードバック撹乱付加時には,物体表面上の音源変動がほとんど消滅する.これは,撹乱付加により周期渦とは逆位相の変動成分が剥離せん断層に励起されるため,剥離せん断層における周期渦の形成が抑制されるのが原因である.3.一方,監視点流速に対して時間遅れのないフィードバック撹乱を付加した場合には,周期渦と同位相の変動成分が励起されるため,撹乱と周期渦が互いに強め合い,周期渦および空力音が増幅してしまう.これは一般のキャビティトーンに見られる空力音と周期渦のフィードバック増幅機構と同様なメカニズムが働くためである.4.5%の制御ゲインの他に,1%および10%の制御ゲインについて検討した.5%に比べて1%では一定の制御効果が現れるまでの時間が緩やかであり,10%では逆に急激に制御効果が現れるなど,ほぼ制御ゲインの強さに応じた効果が見られた.キャビティ周辺流れから発生する空力音について数値流体解析を行い,遠方場への伝播特性や物体表面での音源特性について検討した.さらに,微小流速撹乱をキャビティ周辺の剥離流れに付加することにより,空力音の原因となる周期渦の制御を試みた.その結果,以下の知見が得られた.1.キャビティ上流側エッジから剥離した流れが衝突する下流側エッジ付近の物体表面,あるいはキャビティ底面部などが空力音の主な音源となっている.2.周期渦が物体表面上を流下するキャビティ後流部は,強い音源変動は存在するものの,それらの音源は互いの発生音が打ち消し合うような分布特性をしており,実質的には音源としてほとんど作用しない.3.周期渦の放出周波数とその2倍の周波数の中間付近の周波数を有する微小流速撹乱付加により周期渦と同程度の強さの渦を励起し,それらを周期渦と干渉させることによって空力音を低減可能である,4.物体表面上の音源どうしの相関性の低下が,微小流速撹乱付加による空力音低減の要因となっている.またその他に,矩形断面周辺流れから発生する空力音とその音源特性についても検討し,物体角部への剥離流れの衝突が空力音発生において重要な役割をしていること,遠方場に伝播する空力音を低減するような負の音源が存在することなどが明らかとなった.2次元キャビティ流れに対して,フィードバック制御にもとづいた微小流速撹乱を付加することにより空力音の原因となる周期渦を制御する手法について数値流体解析により検討した.微小流速撹乱は,キャビティ下流エッジ付近の監視点の鉛直方向流速に一定の制御ゲインをかけ,上流エッジの撹乱源にフィードバックすることにより与えた.その結果,以下の知見が得られた.1.監視点流速に対して半周期遅れのフィードバック撹乱を付加すれば,制御ゲイン5%程度の微小な撹乱であっても,音圧レベルにして3040dB程度の極めて高い低減効果を得ることができる.2.半周期遅れのフィードバック撹乱付加時には,物体表面上の音源変動がほとんど消滅する.これは,撹乱付加により周期渦とは逆位相の変動成分が剥離せん断層に励起されるため,剥離せん断層における周期渦の形成が抑制されるのが原因である.3.一方,監視点流速に対して時間遅れのないフィードバック撹乱を付加した場合には,周期渦と同位相の変動成分が励起されるため,撹乱と周期渦が互いに強め合い,周期渦および空力音が増幅してしまう.これは一般のキャビティトーンに見られる空力音と周期渦のフィードバック増幅機構と同様なメカニズムが働くためである.4.5%の制御ゲインの他に,1%および10%の制御ゲインについて検討した.5%に比べて1%では一定の制御効果が現れるまでの時間が緩やかであり,10%では逆に急激に制御効果が現れるなど,ほぼ制御ゲインの強さに応じた効果が見られた.
架橋カーボンナノチューブにおける励起子－励起子消滅と光子相関

単一架橋カーボンナノチューブのフォトルミネッセンス分光および光子相関測定に取り組み、励起子ー励起子消滅過程の定量的な理解を深め、また、室温における単一光子発生の有無を検証した。架橋長さやカイラリティ依存性、そして励起強度の影響を調査し、シミュレーションと比較することで、励起子ー励起子消滅過程が励起子密度の三乗に比例するという一次元系特有の振る舞いを示すことを明らかにしたほか、室温でも二次の光子相関係数が0.5を下回ることを確認し、単一光子が発生していることを実証した。2014年度は、単一の架橋カーボンナノチューブにおける励起子-励起子消滅過程を定量的に理解するため、実験・計算・理論の全ての側面から、フォトルミネッセンスの励起強度依存性を調査した。シリコン基板にあらかじめ溝を加工し、化学気相成長法によって単層カーボンナノチューブを合成することにより、架橋カーボンナノチューブを得た。試料走査型分光顕微鏡を用いて、励起分光測定によるカイラル指数の同定と偏光測定による配光角の特定を行ったうえで収集した多数の単一ナノチューブの励起光強度依存性データを解析対象とした。実験的に確認したパラメーターを用いたモンテカルロ・シミュレーションを実行し、励起強度の関数として定常状態における平均の励起子数を求め、これを実験と比較することにより、炭素原子あたりの吸収断面積および発光量子効率に関する知見を得た。また、このシミュレーションから、高励起強度領域では励起子緩和は励起子-励起子消滅過程が支配的になっており、そのレートは励起子密度の三乗に比例していることが明らかになった。これは、二体散乱の頻度は密度の二乗に比例するという二次元以上の系とは異なる振る舞いで、一次元系に特有の依存性である。シミュレーションは実験結果とよく一致するため、単層カーボンナノチューブにおける励起子の拡散と散乱現象は強い一次元性を有することが確認できた。ここで、励起子-励起子消滅の頻度が三乗に比例していることを明示的に取り入れた解析的モデルを構築したところ、実験結果をよく再現できることが分かり、シミュレーションに頼らずとも簡易に励起子密度を推定することが可能となった。励起子-励起子消滅過程が光子相関に与える影響を調査するため、測定系の構築にも着手した。2015年度は、単一の架橋カーボンナノチューブにおける励起子-励起子消滅過程が光子相関に与える影響を調査するため、通信波長帯Hanbury-Brown-Twiss干渉計の構築に取り組んだ。励起光源としてフェムト秒チタンサファイアレーザー、検出器としてInGaAsアバランシェフォトダイオードを用い、これらの機器と光子相関計数器を接続して測定系を構築した。干渉計を構成するビームスプリッターから検出器までの光学系を、ナノチューブの評価に利用している顕微フォトルミネッセンス系に組み込み、評価後にそのまま光子相関測定を開始可能な測定系とした。検出感度を高めるために光学系を最適化したほか、実験系の安定性を向上させるために温度変化や気流の影響を減らす工夫を施した。また、自動測定を実行するためのソフトウェアを開発して長時間積算を可能とする試料位置追跡システムを実現した。その結果、単一の架橋カーボンナノチューブのフォトルミネッセンスにおいて、室温でのアンチバンチングの観測に成功した。また、実験的に確認したパラメーターを用いて励起子生成・拡散・再結合をモデリングしたモンテカルロ・シミュレーションにより、単一光子生成のメカニズムを調査した。集光したレーザー光の直径の範囲内で励起子を生成し、再結合するまで拡散させるが、二つの励起子の軌跡が交差した場合には片方を消滅させることで励起子-励起子消滅過程をモデル化した。シミュレーション結果では二光子相関係数に励起光強度依存性が確認されたほか、励起子拡散長および励起光の集光径にも依存性が見られた。本研究では本研究では単一の架橋カーボンナノチューブにおける光子相関測定を行い、その架橋長さやカイラル指数依存性、そして励起強度の影響を詳細に調査し、励起子ー励起子消滅過程による室温における単一光子発生の有無を検証することを目的としているが、昨年度に励起子ー励起子消滅過程を定量的に評価することを優先したため、今年度に光子相関測定系が構築できたものの、十分なデータの収集と解析までは至らなかったため。2016年度は、通信波長帯Hanbury-Brown-Twiss干渉計により単一の架橋カーボンナノチューブにおける光子相関のデータ収集を進め、モンテカルロ・シミュレーションと比較したほか、簡易な理論モデルにより実験データを説明できることを示し、単一光子発生機構を明らかにした。光子相関測定では、室温におけるアンチバンチングデータを収集した。励起光強度依存性を測定したところ、低強度では二光子相関係数が小さくなり、単一光子純度が向上することが観測された。一方、高強度でも相関係数が1に達することはなく、サブポアソン性を保つことが明らかになった。さらに、カーボンナノチューブの架橋長さが長いものや励起子拡散長の長いことが判明しているカイラリティでは相関係数が低いことも分かった。これらの実験結果をモンテカルロ・シミュレーションと比較したところ、整合性のある強度依存性・架橋長さ依存性・拡散長依存性が確認された。さらに、シミュレーションデータを利用して励起子数や消滅過程を調べることにより、励起子ー励起子消滅過程が支配的になるような条件下で単一光子が生成されやすいことが明らかになった。

つまり、励起光の直径が小さく初期密度が高い場合や、拡散係数が大きく励起子同士の衝突確率が高い場合が単一光子発生に有利であることが分かった。また、長いカーボンナノチューブでは端部での緩和が抑制されるため、相対的に励起子ー励起子消滅過程の割合が大きくなり、単一光子純度が改善することも判明した。以上の結果を踏まえ、簡易な理論モデルを構築した。低励起強度では、初期励起子数が2以下であることを利用し、二光子相関係数を励起子ー励起子消滅確立を用いて表すことができた。また、高励起強度では発光強度が飽和することから、励起子数のゆらぎが強く抑制されていると考え、二光子相関係数と励起子数の関係を導くことができた。単一架橋カーボンナノチューブのフォトルミネッセンス分光および光子相関測定に取り組み、励起子ー励起子消滅過程の定量的な理解を深め、また、室温における単一光子発生の有無を検証した。架橋長さやカイラリティ依存性、そして励起強度の影響を調査し、シミュレーションと比較することで、励起子ー励起子消滅過程が励起子密度の三乗に比例するという一次元系特有の振る舞いを示すことを明らかにしたほか、室温でも二次の光子相関係数が0.5を下回ることを確認し、単一光子が発生していることを実証した。本研究では本研究では単一の架橋カーボンナノチューブにおける光子相関測定を行い、その架橋長さやカイラル指数依存性、そして励起強度の影響を詳細に調査し、励起子ー励起子消滅過程による室温における単一光子発生の有無を検証することを目的としているが、今年度は励起子ー励起子消滅過程を定量的に評価することを優先したため、光子相関測定系の構築には至らなかった。今後も引き続き光子相関のデータの収集を進め、モンテカルロ・シミュレーションと実験結果を比較することにより、単一光子生成機構を明らかにする。まずは励起光強度依存性を測定し、これを様々なナノチューブに対して行うことにより、架橋長さや拡散長による単一光子生成効率への影響を明らかにする。また、シミュレーション結果と実験データを比較して整合性を確認し、採用したモデルの妥当性を検証する。光物性・ナノデバイス物理今後も引き続き測定系の構築に取り組み、単一の架橋カーボンナノチューブに対する光子相関測定を実現する。その際、ナノチューブの評価に利用している顕微フォトルミネッセンス系に組み込み、評価後にそのまま光子相関測定を始められるように構築し、効率よくデータを収集できるようにする。検出感度を高めるため、光学系の最適化や長時間積算を可能とする試料位置追跡システムの実現にも取り組む。今年度の研究により、励起子ー励起子消滅過程の理解が深まったため、計算や理論を併用して光子相関測定を行う際の条件をあらかじめ推定する。今年度は単一の架橋カーボンナノチューブにおける光子相関測定を行うために測定系を構築し、系統的にデータを収集することにより励起子ー励起子消滅過程によって単一光子が発生していることを明らかにする計画であった。しかし、昨年度に励起子ー励起子消滅過程の解析を先に進めることを優先し、その後に光子相関測定系を構築することとしたため、今年度は十分なデータの収集と解析までは達成できず、未使用額が生じた。今年度は単一の架橋カーボンナノチューブにおける光子相関測定を行うために測定系を構築する計画であった。
複合金属錯体触媒によるオレフィンの選択的酸化反応の開発と有機合成への応用

現代の有機工業化学が必要とする合成反応は,位置および立体選択性が高度に制御された効率の良い触媒反応であることは言うまでもない.省資源,省エネルギーの観点に立ったこのような触媒反応の開発は,現代の合成化学者に課せられている一つの課題でもある.特に,還元反応に比較して酸化反応の制御は未だ充分に達成されているとは言い難い.本研究課題ではこうした観点から.オレフィンの不斉酸化および位置選択的酸化反応を実用性のあるプロセスに発展させることを目的とした.1.オレフィンの不斉アセタール化反応の開発と精密有機化学工業への展開パラジウム錯体と銅塩の複合系触媒を用い.分子内に不斉助剤を組み込んだメタクリルアミド誘導体の不斉アセタール化反応を検討した.その結果,本不斉反応は光学活性アルデヒド前駆体を効率良く,しかも高選択的に与えることを見い出した.この不斉アセタール化反応を応用して,第4世代の抗生物質として注目されている光学活性1β-メチルカルバペネム前駆体の合成法を開発した.本反応は大量スケールでの実施が可能で,光学活性アセタール化合物の新合成法となり精密有機化学工業への寄与が期待できる.2.オレフィンのアルデヒド体への位置選択的酸化反応の開発非水溶媒中でパラジウム錯体と銅塩等をヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)と組み合わせた複合系触媒を分子状酸素存在下で用い環状アミド骨格を持つアリル系化合物からアルデヒド体を選択的にが合成できる手法を見い出した.この反応系に水を加えると,アリルオレフィンの内部炭素が酸化されケトン体が得られた.このように酸化反応の位置選択性が逆転する現象はこの分野で例を見ない.アリル系オレフィンの酸化反応で二官能性化合物を得る既存の方法はなく,本法はオレフィンからアルデヒド体の新合成法となる.現代の有機工業化学が必要とする合成反応は,位置および立体選択性が高度に制御された効率の良い触媒反応であることは言うまでもない.省資源,省エネルギーの観点に立ったこのような触媒反応の開発は,現代の合成化学者に課せられている一つの課題でもある.特に,還元反応に比較して酸化反応の制御は未だ充分に達成されているとは言い難い.本研究課題ではこうした観点から.オレフィンの不斉酸化および位置選択的酸化反応を実用性のあるプロセスに発展させることを目的とした.1.オレフィンの不斉アセタール化反応の開発と精密有機化学工業への展開パラジウム錯体と銅塩の複合系触媒を用い.分子内に不斉助剤を組み込んだメタクリルアミド誘導体の不斉アセタール化反応を検討した.その結果,本不斉反応は光学活性アルデヒド前駆体を効率良く,しかも高選択的に与えることを見い出した.この不斉アセタール化反応を応用して,第4世代の抗生物質として注目されている光学活性1β-メチルカルバペネム前駆体の合成法を開発した.本反応は大量スケールでの実施が可能で,光学活性アセタール化合物の新合成法となり精密有機化学工業への寄与が期待できる.2.オレフィンのアルデヒド体への位置選択的酸化反応の開発非水溶媒中でパラジウム錯体と銅塩等をヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)と組み合わせた複合系触媒を分子状酸素存在下で用い環状アミド骨格を持つアリル系化合物からアルデヒド体を選択的にが合成できる手法を見い出した.この反応系に水を加えると,アリルオレフィンの内部炭素が酸化されケトン体が得られた.このように酸化反応の位置選択性が逆転する現象はこの分野で例を見ない.アリル系オレフィンの酸化反応で二官能性化合物を得る既存の方法はなく,本法はオレフィンからアルデヒド体の新合成法となる.パラジウム、ルテニウム、オスミニウム錯体等に各種金属塩を組み合せ、その相乗作用を利用しオレフィンの新規媒的酸化反応の開発を行うことを目的として,本研究では以下の点について検討した。1)非水溶媒中で、2価パラジウム錯体と銅塩やビスマス塩等をヘキサメチルホルアミド(HMPA)と組み合わせた複合系触媒を用い,各種オレフィンの分子状酸素による酸化について検討した.その結果,単純オレフィン,例えば1-デセン,はこの反応系を用いても容易に酸素化されることを見い出した.また,メタアクリルミアドの誘導体から選択的にアルデヒド体が合成できる手法をも開発した。2)分子内に、不斉助剤を基質に組み込んだメタクリルアミド体の不斉アセタール化を開発した.この不斉反応を利用して,光学活性アルデヒド体を効率良く合成する方法に関しては,現在検討を続けている3)アクリル酸エステル、スチレン等のオレフィン末端位をアミド求核体で官能基化する手法を開発した.上記の研究計画と関連して,この反応から合成できる光学活性エナミドオレフィンの不斉反応を検討したところ.アルキル化反応,マイケル型付加反応では充分な不斉収率は得られなかった.3)オスミニウム金属を用いたプロキラルオレフィンのエナンチオ面選択的ヒドロキシル化反応にイソオキサゾリジン体不斉配位子を適用した.その結果,触媒効率の向上が認められしかも良好な不斉収率で反応が進行することが判明した.4)ルテニウケ、ロジウム、鉄、オスミニウムなどの複合融媒系を用いオレフィンからヒドロキシケトンやエポキシドを簡易に合成する方法に関しては,現在検討を続けている.パラジウム、ルテニウム、オスミニウム錯体等に各種金属塩を組み合せ、その相乗作用を利用しオレフィンの新規触媒的酸化反応の開発を行うことを目的として、本年度は以下の成果を得た。

1非水溶媒中でパラジウム錯体と銅塩等をヘキサメチルホルアミド(HMPA)と組み合わせた複合系触媒を用い,環状アミド骨格を持つアリル系化合物からアルデヒド体を選択的に合成できる手法を見い出した。この反応系に水を加えると、アリルオレフィンの内部炭素が酸化されケトン体が得られた。このように酸化反応の位置選択性が逆転する現象は、この型の反応ではこれまでにない。2パラジウム錯体と銅塩の複合系触媒を用い、分子内に不斉助剤を組み込んだメタクリルアミド誘導体の不斉アセタール化反応を検討した。その結果、本不斉反応は光学活性アルデヒド前駆体を効率良く、しかも高選択的に与えることを見い出した。この不斉アセタール化反応を応用して、第4世代の抗生物質として注目されている光学活性1β-メチルカルバペネム前駆体の合成法を開発した。3オスミニウム触媒と光学活性イソオキサゾリジン配位子を用いるプロキラルオレフィンのエナンチオ選択的ヒドロキシル化反応の一般性について検討した。その結果、末端オレフィンからは、あまり高い不斉収率で光学活性ジオールを合成することができず、この点は今後の課題として残された。4塩化ルテニウム触媒を水-アセトニトリル-塩化メチレン溶媒中で用い、オレフィンを過酢酸で酸化してα-ヒドロキシケトンを簡易に合成する方法を開発した。この方法は、抗炎症作用を示すコーチゾンアセタートの新合成法となる。
エポキシ樹脂の硬化過程におけるメゾスコピックな空間不均一性と力学特性の相関

エポキシ反応系中では、重合・架橋反応の進行に伴う濃度揺らぎの凍結により、網目サイズよりも大きなスケールの空間不均一性も誘起されると考えられる。このようなメゾスコピックな空間不均一性を明らかにし、不均一性と巨視的な性質との関係の理解ができれば、エポキシ樹脂の新たな設計指針が提案できる。本研究では、エポキシ樹脂の硬化過程における不均一性を理解し、不均一性が巨視的な特性に与える影響を明らかにすることを目的としている。昨年度までに、粒子追跡法に基づきエポキシ反応系中の局所領域における物性とその空間分布を解析し、硬化過程において空間的な不均一性が発現することを明らかにしている。さらに、硬化過程で発現した空間不均一性が硬化物の巨視的な物性に影響を及ぼすことが示唆された。本年度は、不均一性が破壊特性に与える影響を検討するため、異なる硬化過程を経由して得たエポキシ樹脂の分子鎖熱運動性ならびに膨潤破壊挙動を評価した。その結果、高温で硬化したエポキシ樹脂ほどガラス転移温度近傍における動的不均一性が大きいことが示唆された。動的不均一性はガラス状態で凍結されるため、破壊挙動に影響を及ぼすことが予想される。そこで、異なる温度で硬化して得た樹脂を良溶媒に浸漬し、その膨潤破壊挙動を観察したところ、硬化温度が高いほど、破壊に要する浸漬時間が短いことが明らかになった。また、接着界面近傍の膜厚方向におけるエポキシ樹脂の不均一性の非破壊評価手法を確立し、界面近傍におけるエポキシ樹脂はバルクとは異なる組成であることを明らかにした。本研究では、エポキシ樹脂を用いて材料設計を行う場合、系全体の平均的な構造や物性のみならず材料中における構造・物性の不均一性にも着目する必要があることを明らかにした。得られた知見は、熱硬化性樹脂の新たな設計指針に繋がると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。エポキシ樹脂の網目構造とその不均一性は、巨視的な力学物性と関係するため、散乱実験等に基づき広く研究されてきた。一方、エポキシ反応系中では、重合・架橋反応の進行に伴う濃度揺らぎの凍結により、網目サイズよりも大きなスケールの空間不均一性も誘起されると考えられる。このようなメゾスコピックな空間不均一性を明らかにし、不均一性と巨視的な力学物性との関係が理解できれば、エポキシ樹脂の新たな設計・開発指針が提案できる。平成28年度は、粒子追跡法に基づき、エポキシ反応系中の局所領域における物性とその空間分布を解析した。粒子追跡法は、試料中に分散させたプローブ粒子の熱運動を追跡し、その動きに基づき周囲媒体の局所物性を評価する手法である。具体的な項目と主な研究成果を以下にまとめる。1、エポキシ化合物とアミン化合物の反応過程を赤外分光測定に基づき評価した。その結果、第一級および第二級アミンの濃度は時間の経過に伴い、それぞれ、減少および増加した。その後、第三級アミンが増加し、12時間後に一定値に到達した。2、レオメーター測定に基づき、反応過程における混合物の粘弾性関数を評価した。その結果、第三級アミンの濃度が一定値に達する12時間後時間においても混合物は流動した。これは、系中には架橋によって形成された網目と未架橋の領域が存在することを示唆している。3、粒子追跡法に基づき、反応過程における混合物の局所物性を評価した。その結果、反応過程において、200nmの空間スケールの不均一性が生じ、その空間スケールは反応の進行に伴い減少することを明らかにした。以上の結果は、エポキシ化合物とアミン化合物の硬化過程において空間的な不均一性が発現すること、ならびに不均一性のサイズスケールは反応の進行に伴い減少することを示している。平成28年度は当初の計画に従って、エポキシ硬化過程における不均一性とその空間スケールの評価を実施し、エポキシ樹脂の硬化過程において空間的な不均一性が発現すること、ならびに不均一性のサイズスケールは反応の進行に伴い減少することを明らかにした。研究成果の一部は国際学会を含め複数の学会にて発表済みであり、現在、論文執筆中である。以上の理由により、期待通り研究が進展したと判断した。エポキシ反応系中では、重合・架橋反応の進行に伴う濃度揺らぎの凍結により、網目よりも大きなスケールの空間不均一性が誘起されると考えられる。このような空間不均一性を明らかにし、不均一性と接着特性との関係が理解できれば、樹脂系接着剤の新たな設計指針が提案できる。本研究では、エポキシ樹脂の硬化過程における不均一性を理解し、不均一性が接着特性に与える影響を明らかにすることを目的としている。初年度には、粒子追跡法に基づき、エポキシ硬化過程において空間的な不均一性が発現することを明らかにした。平成29年度は、異なる硬化過程を経由する樹脂の接着特性を比較することによって、硬化過程で生じる不均一性が樹脂の接着特性に与える影響を検討した。具体的な項目を以下に示す。1エポキシ樹脂は、エポキシ基およびアミノ基を有する化合物の反応によって得られる。プレ硬化条件が283 K、72時間および296 K、24時間の硬化過程を選択した。それぞれ低温条件および高温条件とし、いずれもプレ硬化後に373 Kで1時間加熱した。

反応過程を赤外分光測定に基づき評価した結果、低温条件におけるプレ硬化過程は、高温条件のそれと比較して反応速度が遅く、官能基の消費率は低かったが、373 Kで1時間加熱することによって、両条件における官能基の消費率が同じであることが確認された。2上記の条件で硬化した樹脂の網目構造を、溶媒膨潤法を用いたX線小角散乱測定に基づき評価した。その結果、硬化過程における散乱プロファイルは硬化条件に依存しなかった。これは、異なる硬化過程を経由した樹脂の網目構造はほぼ等しいことを意味している。3接着特性を、ダブルカンチレバービーム試験に基づき評価した。低温条件で硬化した樹脂の接着力は高温条件のそれと比較して大きくなった。これは、硬化過程の違い、すなわち空間不均一性が接着特性に影響を与えることを示唆している。平成29年度は、異なる硬化過程を経由するエポキシ樹脂を用いることによって、エポキシ樹脂の硬化過程で生じる空間不均一性が樹脂の接着特性に影響を与えることを明らかにした。研究成果の一部は国際学会を含め複数の学会にて発表済みであり、現在、学術論文として投稿準備中である。以上の理由により、おおむね順調に進展していると判断した。エポキシ反応系中では、重合・架橋反応の進行に伴う濃度揺らぎの凍結により、網目サイズよりも大きなスケールの空間不均一性も誘起されると考えられる。このようなメゾスコピックな空間不均一性を明らかにし、不均一性と巨視的な性質との関係の理解ができれば、エポキシ樹脂の新たな設計指針が提案できる。本研究では、エポキシ樹脂の硬化過程における不均一性を理解し、不均一性が巨視的な特性に与える影響を明らかにすることを目的としている。昨年度までに、粒子追跡法に基づきエポキシ反応系中の局所領域における物性とその空間分布を解析し、硬化過程において空間的な不均一性が発現することを明らかにしている。さらに、硬化過程で発現した空間不均一性が硬化物の巨視的な物性に影響を及ぼすことが示唆された。本年度は、不均一性が破壊特性に与える影響を検討するため、異なる硬化過程を経由して得たエポキシ樹脂の分子鎖熱運動性ならびに膨潤破壊挙動を評価した。その結果、高温で硬化したエポキシ樹脂ほどガラス転移温度近傍における動的不均一性が大きいことが示唆された。動的不均一性はガラス状態で凍結されるため、破壊挙動に影響を及ぼすことが予想される。そこで、異なる温度で硬化して得た樹脂を良溶媒に浸漬し、その膨潤破壊挙動を観察したところ、硬化温度が高いほど、破壊に要する浸漬時間が短いことが明らかになった。また、接着界面近傍の膜厚方向におけるエポキシ樹脂の不均一性の非破壊評価手法を確立し、界面近傍におけるエポキシ樹脂はバルクとは異なる組成であることを明らかにした。本研究では、エポキシ樹脂を用いて材料設計を行う場合、系全体の平均的な構造や物性のみならず材料中における構造・物性の不均一性にも着目する必要があることを明らかにした。得られた知見は、熱硬化性樹脂の新たな設計指針に繋がると考えられる。次年度は、異なる硬化過程を経由するエポキシ樹脂の力学特性を比較することによって、エポキシ樹脂の硬化過程で生じる空間不均一性が樹脂の力学特性に与える影響について検討する予定である。エポキシ樹脂の力学特性は、ダブルカンチレバービーム(DCB)試験に基づき評価する。
振動軌道上の鉄道車両の転覆・脱線実験,そのモデル化,および危険度解析

本研究では、地震時における鉄道車両の全安性を,ロッキング・脱線・転覆等の極限状態での挙動のみに的を絞り,この現象の挙動およびその発生条件を実験および解析により明らかにした.1.実験:車両模型のロッキング・転覆・脱線などの極限挙動を,ビデオ・変位計・加速度計等を用いて測定した.以下に示す条件を変化させ,これらの条件の極限挙動に及ぼす影響,および,極限挙動の発生時の入力に及ぼす影響を明らかにした.(1)振動台の加振振動数・振幅(2)車両の種類,載荷状態(3)停止または走行状態,走行速度(4)入力振動が定常正弦波,非定常な入力(5)車両のばね,リンク部分の剛性2.解析:次の3種類の車体モデルを用い、上記の条件を取り込んで,実験結果との適合性を十分に保つように,ロッキング・脱線・転覆のモデル化を行った.(1)車体と車輪との2つの剛体が剛結された二次元の角柱モデル.(2)車体と車輪との2つの剛体が非線形なばねで連結された二次元のモデル.(3)車体と2つの車輪との3つの剛体が非線体なばねで連結された二次元のモデル.尚,(1)(2)(3)のモデル共,ロッキング現象等を扱うため有限変位を考慮したものである。実験結果と解析結果との比較を行い,ロッキングおよび転覆の発生条件およびロッキングとヨ-イング挙動の説明を行った.また脱線の発生条件および挙動についても幾つかの知見を得た.以上得られた実験及び解析結果に基づいて研究成果をまとめた.本研究では、地震時における鉄道車両の全安性を,ロッキング・脱線・転覆等の極限状態での挙動のみに的を絞り,この現象の挙動およびその発生条件を実験および解析により明らかにした.1.実験:車両模型のロッキング・転覆・脱線などの極限挙動を,ビデオ・変位計・加速度計等を用いて測定した.以下に示す条件を変化させ,これらの条件の極限挙動に及ぼす影響,および,極限挙動の発生時の入力に及ぼす影響を明らかにした.(1)振動台の加振振動数・振幅(2)車両の種類,載荷状態(3)停止または走行状態,走行速度(4)入力振動が定常正弦波,非定常な入力(5)車両のばね,リンク部分の剛性2.解析:次の3種類の車体モデルを用い、上記の条件を取り込んで,実験結果との適合性を十分に保つように,ロッキング・脱線・転覆のモデル化を行った.(1)車体と車輪との2つの剛体が剛結された二次元の角柱モデル.(2)車体と車輪との2つの剛体が非線形なばねで連結された二次元のモデル.(3)車体と2つの車輪との3つの剛体が非線体なばねで連結された二次元のモデル.尚,(1)(2)(3)のモデル共,ロッキング現象等を扱うため有限変位を考慮したものである。実験結果と解析結果との比較を行い,ロッキングおよび転覆の発生条件およびロッキングとヨ-イング挙動の説明を行った.また脱線の発生条件および挙動についても幾つかの知見を得た.以上得られた実験及び解析結果に基づいて研究成果をまとめた.1.実験車両模型のロッキング・転覆・脱線などの極限挙動を、ビデオ・変位計・加速度計等を用いて測定した。以下に示す条件を変化させ,これらの条件の極限挙動に及ぼす影響、および、極限挙動の発生時の入力に及ぼす影響を明らかにした。(1)振動台の加振振動数・振幅(2)車両の種類(二軸、ボギ-車両)、載荷状態(重心の中心線からのずれ)(2)停止または走行状態、走行速度(3)入力振動が定常正弦波、非定常な入力2.解析次の2種類の車体モデルを用い、上記の条件を取り込んで、実験結果との適合性を十分に保つように、ロッキング・脱線・転覆のモデル化を行った。(1)車体と車輪との2つの剛体が剛結された二次元の角柱モデル(3自由度)。(2)車体と車輪との2つの剛体が非線形なばねで連結された二次元のモデル(6自由度)。尚、(1)(2)のモデル共、ロッキング現象等を扱うため有限変位を考慮したものである。実験結果と解析結果との比較を行い、ロッキングおよび転覆の発生条件および挙動の説明を行った。また脱線の発生条件および挙動についても幾つかの知見を得た。平成1年度の実験および解析に引続き,今年度は,更に複雑な場合に対して,検討を深める一方,平成1年度に行った実験および解析の精度を向上させ,結果をより明らかなものとした.1.実験:車両模型のロッキング・転覆・脱線などの極限挙動を,ビデオ・変位計・加速度計等を用いて測定した.以下に示す条件を変化させ,これらの条件の極限挙動に及ぼす影響,および,極限挙動の発生時の入力に及ぼす影響を明らかにした.(1)振動台の加振振動数・振幅(2)車両の種類,載荷状態(3)停止または走行状態,走行速度(4)入力振動が定常正弦波,非定常な入力(5)車両のばね,リンク部分の剛性2.解析:次の3種類の車体モデルを用い,上記の条件を取り込んで,実験結果との適合性を十分を保つように,ロッキング・脱線・転覆のモデル化を行った.

(1)車体と車輪との2つの剛体が剛結された二次元の角柱モデル.(2)車体と車輪との2つの剛体が非線形なばねで連結された二次元のモデル.(3)車体と2つの車輪との3つの剛体が非線形なばねで連結された三次元のモデル.尚,(1)(2)(3)のモデル共,ロッキング現象等を扱うため有限変位を考慮したものである.実験結果と解析結果との比較を行い,ロッキングおよび転覆の発生条件およびロッキングとヨ-イング挙動の説明を行った.また脱線の発生条件および挙動についても幾つかの知見を得た.以上得られた実験及び解析結果に基づいて研究成果をまとめた.