2017年度
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集中講義
講演：和田 浩史（立命館大学理工学部）
題名： 生物のメカニカルデザイン：かたち、構造、機能
場所： オンライン
日時： 12月7日,14日,21日
概要
生き物の際立った特徴のひとつは、そのかたちやう ごき の圧 倒的な多様性であ る。この多様性をうみだすミクロな設計図は、遺伝子というかたちで細胞 内 に厳密に管理されている。しかし、そこから生み出されるたんぱく質や種々の 分子を組み上げて生物全体を3次元空間につくり出す過程は、かなりの 程度、 力学的な過程でもある。本講義では、メカニカルな側面に着目して生命現象や そのアナロジー的な自然現象を調べる研究について紹介する。さま ざまな具 体例を通じて、変形、流動、輸送、成長といったプロセスをあつかう物理学 （連続体物理学）の概念についても解説する。生物の運動性や形態 形成の仕 組みを理解するために、物理学がどんなふうに活躍するのか、また、生物のか たちや機能の仕組みを知ることからどんな新しい工学的インスピ レーション や興味深い物理学の問題が生まれるのか、それらを概観する。 授業計画（進み具合に応じて変更します）
１）導入：構造と構造力学 ものはなぜ崩れ落ちないか（あるいは崩れ落ちるのか）
２）生物のボディプランと複合材料の力学
2.1) 生物の成長とその数理
2.2) 植物、微生物、動物の形態と座屈パターン
３）植物のかたちと機能からまなぶ
3.1) 植物と水：水を掴んで、放す
3.2) 植物の葉っぱと重力：薄膜の弾性論と幾何学的な剛性
４）生物と身近な自然現象、工学現象
4.1) リボンと摩擦：すべり、ひっかかり、スナップ
4.2) 折り紙の力学：ねじれ、ひっぱり、展開、収納
非平衡ダイナミクスセミナー
講演：和田 浩史（立命館大学理工学部）
題名： かみばねの構造力学
場所： 奈良女子大学理学部C棟 C141 教室
日時： 12月21日（木）15:00～16:30
概要
かみばねは２枚の紙を重ねてつくる子供の遊びである。かみばねはその構成法から厳密には折り紙には分類されないが、我々はこの かみ ばね を複合折り紙のモデル系とみなし、 その構造と力学特性を、模型を用いた計測実験と有限要素法による計算機シミュレーションを組み合わせて調べている。かみばねの特 徴的な変形や復元力は、二枚の曲面が互いに拘束しあって発生すること、各面の曲げ弾性が支配的であること、そして特徴的な stress-stiffingを示すことなどについて、これまで得られた結果をもとに議論する。（これらの成果は大学院生の米 田と松本による。）
非平衡ダイナミクスセミナー
講演：Dr. Lucas Goehring（Nottingham Trent University, UK）
題名： Evolving crack patterns: mud cracks, columnar joints, and polygonal terrain
場所： 奈良女子大学理学部C棟 C141 教室
日時： 6月27日(火) 15時00分～
概要
Contraction cracks can form captivating patterns, such as the artistic craquelure sometimes found in pottery glazes, to the cracks in dried mud, or the polygonal networks covering the polar regions of Earth andsoft_matter@ml.tmu.ac.jp, statphys@issp.u-tokyo.ac.jp Mars. Two types are frequently encountered: those with irregular rectilinear patterns, such as that formed by an homogeneous slurry
when dried (or cooled) uniformly, and more regular hexagonal patterns, such as those typified by columnar joints. Once cracks start to form in a thin contracting layer, they will sequentially break the layer into smaller and smaller pieces. A rectilinear crack pattern encodes information about the order of cracks, as later cracks tend to intersect with earlier cracks at right angles. In this manner they relieve the stresses perpendicular to the pre-existing crack. In a hexagonal pattern, in contrast, the angles between all cracks at a vertex are near 120°. In this presentation it will be shown how both types of pattern can arise from identical forces, and that a rectilinear, T-junction dominated pattern will develop into to a hexagonal pattern, with Y-junctions, if allowed to. The ordering of crack patterns are seen in a number of systems: columnar
joints in starch and lava; desiccation cracks in clays that are repeatedly wetted and dried; cracks in eroding gypsum-cemented sand layers; and the cracks in permafrost known as polygonal terrain. These patterns will each be briefly explored, in turn, and shown to obey the above principles of crack pattern evolution.
非平衡ダイナミクスセミナー
講演：Prof. Purusattam Ray（Institute of Mathematical Sciences, India）
題名： Fracture in heterogeneous materials
場所： 奈良女子大学理学部新B棟 B1207号室
日時： 5月26日(金) 15:00-16:30
概要
The two principal ingredients determining the failure modes ofdisordered solids are the level of heterogeneity and the length scale of the region affected in the solid following a local failure. While the latter facilitates damage nucleation, the former leads to diffused damage – the two extreme failure modes. We present study of the effect of heterogeneity and stress release range on fracture and the results of the interplay between these two effects. We obtain scaling criteria for the different modes of fracture and propose a general phase diagram that provides a framework for understanding various fracture processes observed in nature.
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 奈良女子大学,
理学部数物科学科, 非平衡ダイナミクス研究室
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