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2024.12.19

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【理工学部】POINCLOUX, Samuel助教(物理科学科、松川宏教授研究室)の摩擦に関わる研究内容が"Physical Review Letters"に掲載

POINCLOUX, Samuel助教(物理科学科、松川宏教授研究室)が、フランスの研究者 Audrey Steinberger氏(レンヌ高等師範学校)とJér?me Crassous氏(レンヌ第1大学)との共同研究で、ニット素材の多様な?然な形が、幾何学、摩擦、弾性の微妙な関係によってどのように制御されるかを解明し、2024年12?12?(木)、この研究成果が"Physical Review Letters"に掲載されました。

背景

靴下のようなニット製品は人体の形に适応して圧迫しませんが、好みのセーターも简単に形が崩れることがあります。ニット素材は、まるで独自の形を持たないように见えます。このようなテキスタイル(繊维製品)は、?类として?常?活に?かせないものになっているだけでなく、さまざまな产业分野でも活?されています。繊维は航空宇宙分野や医疗分野での最新の复合材料として、また、???学で?壌を强化?浄化するためのジオテキスタイルとしても利?されています。近年では、ソフトロボティクスやエネルギー収集など新しい分野でも繊维への関?が高まっています。これらの?途において、繊维が外?に対してどのように変形するかを理解し、予测することが必要です。しかし、繊维は広く使われている素材であるにもかかわらず、络み合った?から成る复雑な构造のため、繊维の?学を解明するのは?常に难しい课题です。例えば、?定の?の?さからどれだけの布地?积が得られるかを予测するのは、?业的に?きな课题です。また、基本的な?学特性である「?然な形」、すなわち外?がかかっていない状态での物体の形状さえも明确にはわかっていません。

数値シミュレーションのスナップショット。ニット素材の周期的なループ構造を?している。クレジット:Jér?me Crassous

内容

笔翱滨狈颁尝翱鲍齿助教らの研究チームは、実験、数値シミュレーション、解析计算を组み合わせてニットの?然な形状を予测し、理解するために3つの基本要素(?の弾性、ループの形状、?同?の摩擦接触)に注?しました。ニット素材は、ステッチと呼ばれるループが周期的に繰り返される构造を持つ?でできていますが、このループには一つの固定した形はありません。ループは変形でき、?が交差する点での摩擦?によってその変形した形を保ちます。今回の研究では、実験と数値シミュレーションを通じて、ジャージーニットの変形可能な?然形状をすべて特定しました。通常の弾性物体とは异なり、ニットの?然な形は?意に定まるものではなく、连続したさまざまな縦横?に変化することができ、縦横比はその最?の?さで制限されます。そこで、结び?理论に基づく理论的な记述に移り、交差点での接触?が曲がった?の几何学とどのように相互作?するかを详细に分析しました。その结果、几何学的な制限と?の弾性が変形可能な縦横?の糸の范囲を制御し、?同?の摩擦が変形后の最?の?さを决定づける要因となることがわかりました。このようにして、摩擦がニットウェアの多様な形状をどのように厳密に制御しているかを解明しました。

数値シミュレーションのスナップショット。ニット素材の周期的なループ構造を?している。クレジット:Jér?me Crassous

今后の展开

摩擦は、产业?机械のシミュレーションで考虑するのが最も难しい効果であり、繊维の?学的反応においては?きな役割を果たしています。この基础研究は、摩擦が繊维の?学的反応にどのような影响を与えるかを理解するための?台を提供しています。これにより、エンジニアが繊维ベースの次世代材料をデザインする可能性を解き放ち、复雑で?线形な?学的反応を生かせるようになることを期待しています。

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