マイクロダイナミクスグループの概要(旧)マイクロ動力学講座の概要

マイクロダイナミクスグループ(旧)マイクロ動力学講座って?〜もともと、固体力学・材料力学の研究室なんですけど...

「マイクロダイナミクス」の「ダイナミクス」は「動力学」。「動力学」は 「どうりきがく」と読みます。「どうりょくがく」ではありません。「力学」 を研究対象とする研究室です。英語では、``Microdynamics''と言います。 ``Micro''と``dynamics'' の間にはハイフン``-''はありません。

そもそもマイクロは、マイクロマシンやミクロン(マイクロメートル)やマイク ロスコープ(顕微鏡)から連想されるように小さいことが想起されますね。 micro-には、「microscopic = 微視的な」という意味がこめられています。研 究の対象は何も小さいものにこだわっているわけではありません。機械は部品 で組み立てられている、物質は原子で構成されている、宇宙だって無数の星か ら構成されています。これまでぼんやりとしたかたまりとしてとらえられてき たものを小さいものの集まりとして目をそらさずに注目して行こうという姿勢 を意味しています。フックの発明した顕微鏡、ガリレオ・ニュートンの発明し た望遠鏡、いずれも通じるものがありますが、コンピューターシミュレーショ ンという道具でもって研究しようというわけです。

「力学(mechanics)」は「静力学(statics)」と「動力学(dynamics)」に大別で きます(ほんとうは捉え方の問題)。動力学は動いている物体の力学という狭義 の意味だけでなく、時間発展する様々な現象を扱う学問体系全般を指す広義の 意味があります。マイクロ動力学講座では後者の意味で捉えています。

つまり、一歩堀下げて、微視的に物事を見て行き、その時間発展を追究する方 法論でもって、未解決の問題にチャレンジしていくというのが研究室です。む ろん、「木を見て森を見ず」という落し穴に落ち込んでしまうと、特に工学で は大変困ったことになります。そのために、材料力学のベースが不可欠です。 さらに、テンソル解析、現代幾何学、関数解析などの数学の知識と、連続体力 学、物理学(古典力学・量子力学・統計力学)、計算機工学、情報処理・プログ ラミングの能力を駆使します。

マイクロダイナミクスグループのキーワード``MMMM...''

力学(Mechanics)、数学(Mathematics)とコンピュー ターを駆使し、固体の力学モデルとそのシミュレーションを行なっています。 ミクロ(Microscopic)から、メゾ(Mesoscopic)、マ クロ(Macroscopic)まで、マイクロダイナミクスでは、原子どうしの引張か ら、自動車の衝突変形まで多彩な問題に現われる強い非線形現象を扱います。

時代の先端、``IT'' と``ナノテク''、もちろんやってます。

中途半端は嫌いです。とことんミクロな現象を並列コンピューターを用いた半 端じゃない情報技術を使って解明し、マイクロマシンを通り越して、将来の分 子機械設計、ナノテクノロジーのためのCADシステムの構築を目指した研究を 行なっています。でもほんとはクラッシク(古典理論)が好きで、押さえるとこ ろは押さえています。

マイクロダイナミクスグループ(旧)マイクロ動力学講座の「もうすこしま じめな」ご紹介

(AMS News Letter No.3, 1998年10月 をもとに改訂)

固体材料およびその構造体にミクロからマクロまでの様々な時空間スケールで出 現する力学的不安定挙動は,時として新しい構造を生み出す源となります.そし て,材料や構造体の力学特性や機能は,材料の固有の性質というよりは,むしろ まわりの環境を含めたシステムの時間発展(動力学)といったプロセスそのものと して捉える必要があります.

このような視点から,マイクロダイナミクスグループ(旧)マイクロ動力学講座 (Microdynamics Area)では,開放固体系に対する材料の微視的構造と力学的相 互作用・変形機構を組み込んだ階層的力学モデルの構築とそのコンピュータシ ミュレーションやモデル実験による探究を通じて,材料と構造体の強度や,新 しい形態・構造の創造,機能的材料の創成のための力学的知見の獲得を目指し た研究を行なっています.さらに,伝統的な機械工学における材料力学・構造 力学的考え方を基盤に,ミクロな分子機械を構築するために必要な要素技術の 確立を目指した,分子/原子レベルからの力学的材料特性評価,メゾスケール 構造形成のダイナミックスに関する研究を行なっています.

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私たちは,欠陥近傍の電子状態の時間発展の探究,格子欠陥の構造・強度・機能 の原子/電子論に基づく評価,セラミックス材料の熱伝導特性と微小欠陥分布の 影響の検討,材料のミクロ構造のトポロジー的記述と力学特性に関する理論の構 築,マイクロマテリアルの力学特性評価,離散転位動力学などのシミュレーショ ン手法による破壊のメゾスケ−ルダイナミックスの解明,超塑性の発現機構解明 を目指した固相−液相相転移を考慮した力学的解析,走査型プローブ顕微鏡によ るセラミックス材料表面のナノインデンテーション圧痕の観察などの研究を行なっ ています.

さらに,ナノスケールオーダーの分子機械要素の開発・設計・製造・評価に適用 しうる新しい材料力学の知識体系の確立を目指して,非分離相対すべり機構を実 現するナノメカニズムの動的特性の基礎的研究,およびそれに関連して,生体材 料における機能発現メカニズムの解明と応用に向けた細胞膜(脂質二重膜)の動的 形態形成の分子動力学法による研究も始まっています.

表示された計算結果を指さす スタッフと議論を交わす

また,結晶塑性論に基づく有限要素シミュレーション,薄肉構造体の衝撃不安定 挙動のシミュレーションと衝撃座屈実験,均質化法を用いたマルチスケール有限 要素シミュレーションによる形状記憶知的複合材料の特性評価・機能設計に関す る研究などの従来の材料力学・構造力学分野に関連する研究についても,より非 線形性の強い複雑な問題の解決に向けて,新しい考え方・手法を導入し,最近の 高性能コンピューターを駆使してチャレンジしています.

現在,研究室のメンバーは,中谷彰宏教授,土井祐介助手,延里裕子主任事 務員の3名のスタッフと,大学院博士後期課程学生1名,大学院博士前期課程学 生6名,4年生(応用理工学科機械工学科目機械システム工学コース所属)です.

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