Muroran-IT Academic Resource Archive
Not a member yet
5947 research outputs found
Sort by
A study comparing Brazilian and Japanese high school students’ understanding of Conversational Implicatures
Get PDFThis study surveyed two groups of high school students from two different cultural backgrounds, one from Brazil and one from Japan. The study aimed at examining if there were differences in grasping conversational implicatures (CI) between two distinct cultural groups. The respondents in both groups, who had received English instruction for five years and had no experience living abroad, answered a questionnaire that had previously been conducted by Bouton (1988, 1994) and Murray (2011). The purpose of the research was to verify if the previously established results mentioned above would replicate, despite temporal changes and corresponding shifts in society. It is relatively easy now for people to have access to knowledge and exposure to foreign cultures. The results did not yield significant differences which could be attributed to the respondents’ distinct cultural backgrounds. It was found though, that the need for instructions in understanding CI is present, which, in part, replicates the results obtained by Bouton and Murray.journal articl
高リグニン含有ヤシバイオマスからのリグノセルロースバイオポリマー及びそのバイオマイクロコンポジットの創製と特性評価
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdfナツメやココナッツなどのヤシ類は、サウジアラビアを含め世界的に重要な農産物である。これらのヤシから発生する植物廃棄物のほとんどは、焼却または埋め立て処理されるのが現状である。これら処理量低減のため、本研究では、植物繊維やヤシの葉に豊富に含まれるリグニンに焦点を当て、合成樹脂代替材料として植物廃棄物から生分解性バイオポリマーの創製を目指した。さまざまなヤシ類に由来する熱硬化性高リグニンバイオマスを使用してリグノセルロースバイオポリマーを製造するために、粉砕とホットプレスを組み合わせた簡便なプロセスの検討を行った。リグニンは天然繊維に対し優れたバインダーであるため、優れた物性を有するリグノセルロースバイオマイクロコンポジットの製造が期待できる。ナツメ繊維（DF）とココナッツ繊維（CC）、ナツメとココナッツの葉（DLおよびCL）に含まれるリグノセルロースを粉砕し、140〜180°Cでホットプレスすることでリグノセルロースバイオポリマーを作製した。また、バイオマイクロコンポジットは、高リグニンCC粉末を、解体廃棄物木材（CDW）およびリサイクルシルク（RS）粉末と混合ホットプレスすることによって調製した。セルロースとリグニンを多く含むDFおよびCCを原料とした繊維ベースのバイオポリマーは、フェノール樹脂に匹敵する機械的特性と熱安定性を示した。リグノセルロースの微細化やアルカリ処理はDFおよびCCバイオポリマーの機械的特性を改善する。CCはセルロースを接合することが出来るため、CDW/CCバイオマイクロコンポジットは優れた機械的特性と熱安定性を示した。リグノセルロースの化学組成や結晶性に対する粉砕やアルカリ処理の影響について検討を行い、バイオポリマーのFT-IRスペクトルから、機械的強度の増加がアルカリ処理によるヘミセルロースの除去に起因することを確認した。また、粉砕効果はリグノセルロース粉末の表面に露出するリグニンの割合が増加したためと考えられる。この研究では、リグノセルロースバイオマスを原料とするバイオポリマーとバイオマイクロコンポジットのグリーン製造プロセスを提案した。このプロセスによりヤシ類バイオマスを原料にフェノール樹脂と同等の機械的特性を持つバイオポリマーを製造することができた。また、リグニンはセルロースに対し結着性を示すことから、これらのヤシ類バイオマス粉末とセルロースを主成分とするバイオマスと組み合わせることで優れたバイオマイクロコンポジットの創製が可能となる。Palms such as date and coconut are important agricultural products in Saudi Arabia and globally. At present, most of the plant waste generated from these palms is incinerated or landfilled. In this research, I focus on lignin, which is abundant in plant fibers and leaves of palms. I aimed to fabricate biodegradable biopolymers from plant wastes to utilize them as alternative materials to petroleum-derived resins. A simple process that combines milling and hot-pressing was investigated to produce lignocellulose biopolymers using thermosetting biomasses with high lignin content derived from various palm wastes. Because lignin serves as an excellent binder for plant fibers, I also tried to fabricate lignocellulose-contain biomicrocomposites with excellent mechanical and thermal properties. Lignocellulose contained in date fiber (DF), coconut coir (CC), date, and coconut leaves (DL and CL) was pulverized and then hot-pressed to prepare lignocellulosic biopolymers. Also, biomicrocomposites were prepared by mixing and hot-pressing CC powders with construction and demolition waste (CDW) wood and recycled silk (RS) powder. Fiber-based biopolymers with high cellulose and lignin content derived from DF and CC exhibited mechanical properties and thermal stability comparable to those of petroleum-derived phenolic resin. The mechanical properties of the biopolymers derived from fiber-based biomass affected by alkaline pretreatment and pulverization. The bending strength of the biopolymer increased with decreasing the particle size of the pulverized lignocellulose. Alkaline pretreatment also improved the mechanical properties of DF and CC biopolymers. Because of CC's excellent binding behavior for cellulose, CDW/CC biomicrocomposites showed good mechanical properties and thermal stability. The effects of milling and alkaline pretreatment on the chemical composition and crystallinity of lignocellulose were investigated using FT-IR and XRD. These results revealed that the increase in mechanical strength was due to the removal of hemicellulose by alkaline pretreatment. The biomass pulverization increases the proportion of lignin exposed on the surface of a lignocellulose particle, leading to improved mechanical properties of lignocellulosic biopolymers and biomicrocomposites. In conclusion, the green process that combined milling and hot-pressing was developed to fabricate lignocellulosic biopolymers and biomicrocomposites from various palm wastes. This process enables us to provide biopolymers with mechanical properties and thermal stability comparable to those of conventional phenolic resins. Also, a biomicrocomposite can be derived from cellulose-based biomass using palm waste powders as a binder.doctoral thesi
核融合炉固体増殖ブランケット用セラミックス材料に関する研究
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdfSiC/SiC複合材料は優れた耐高温・高強度特性や低放射化特性を有しており、将来の核融合システムのブランケット第一壁などの構造材料への適用に向けた研究が進められている。ブランケットには核融合反応の燃料として利用されるトリチウムを生産するためのトリチウム増殖材が収納されるが、この増殖材にはリチウム系セラミックス材料の活用が検討されている。これらセラミックス材料を活用した先進ブランケットによる核融合炉システムは、高温運転による高いエネルギー効率が期待される。本論文は核融合システムを安定・効率的に実現可能である固体増殖ブランケットシステム設計を基盤に、セラミック材料の適用を向けた材料の製造及び特性評価の研究を行った。
本論文は全7章で構成されており、第1章に序論を述べ、第2章において文献検索によりSiC/SiC複合材料、リチウム系セラミックス増殖材、及びに核融合エネルギーに関する研究の背景を述べる。 第3章はSiC/SiC複合材料の繊維強化構造と機械的特性の相互作用の検討を行った。SiC/SiC複合材料の機械的特性は繊維強化 構造により差が生じる。複合材料の二次元強化構造でもCross-Ply構造とWoven構造が考えられ、これらの試験片のダブルノッチせん断試験を用いた研究から、複合材料においてSiC繊維束の交点が 破壊と変形に大きな抵抗力を有することを見出した。第4章はSiC/SiC複合材料の酸化挙動の検討を行った。マトリックス/繊維の間に存在する炭素界面は高温環境下では酸化して材料の機械的特性を悪化されるが、SiCコーティングにより酸化を抑制可能なことを示した。
第5章はセラミックス増殖材として期待されるLi2TiO3の成型プロセス研究を行ない、スラリー滴下方法の改善することで直径1mm球状のLi2TiO3を成型し、微細組織観察からトリチウムの効率的な増殖に適すると考えられる5～10μmの結晶粒径の均一な微細構造を有することが示された。このときスラリー中の有機バインダ ーから混入する炭素は、He+1%H2の雰囲気で焼結を行うと焼結体の変色の原因となると考えられ、焼結前に600℃で20時間以上の熱分解処理を必要とする。第6章は実際環境を考慮して増殖材の焼結及びクリープ挙動から適切な運転条件を提示した。第7章は構造材とLi2TiO3増殖材との共存性の検討を行った。共存性実験から構造材に現れ る酸化挙動と双方向のイオン拡散挙動を予測して、構造材と増殖材の健全性及び運 転条件を提案した。Ceramics are promising candidates as structure/functional materials of a solid type breeding blanket because of their high-temperature stability and low radioactivation property in neutron irradiation environments. Ceramics such as SiC/SiC composites and Li2TiO3 breeder are expected to be adopted as structure and functional materials in the fusion systems. In this study, operating conditions and integrity of materials are discussed based on the evaluated characteristics with an improvement of the fabrication methods to apply the ceramics in the solid-breeding blanket system. Chapter 1 is an introduction, where the importance of fusion energy toward the continued growth of a sustainable society on earth is emphasized. The motivation and objective of this study are also explained. Chapter 2 presents the background of study on SiC/SiC composites, Li2TiO3 breeder, and the fusion energy by referring to the literatures. Chapter 3 cares about the mechanical properties of SiC/SiC composites with different fiber reinforced architecture. Intersections of the fiber bundles are suggested to behave as obstacles for deformation and crack propagation according to the comparison of fracture surface and load-displacement curves. Chapter 4 discusses the oxidation behavior of SiC/SiC composites. The weight change of the composites was confirmed at 600℃ in oxidizing environment. Because the carbon exists at the matrix/fiber interface in SiC/SiC composites, the degradation of mechanical properties is considered to be caused by the oxidation of carbon. The SiC coating for the composites is suggested to be necessary as an oxidation barrier. Chapter 5 describes the improvement of a slurry droplet wetting method for Li2TiO3 breeder to obtain good physical properties. The fabricated Li2TiO3 pebbles were satisfied the properties such as spherical shape with 1mm diameter, suitable grain boundaries(5~10um), and a homogeneous microstructure. The carbon exists in the Li2TiO3 breeder because the organic binder is added to the slurry for the shaping. Because the residual carbon is expected to cause the discoloration of the sintered body during the sintering in the He + 1%H2 atmosphere, the pebbles need to be thermally treated at 600℃ for 20h before the sintering process. Chapter 6 proposes optimal operation conditions of the Li2TiO3 pebble bed based on the sintering and creep behavior during the operation. Chapter 7 discusses the compatibility between SiC/SiC composites and Li2TiO3 tritium breeding materials. The optimal operation conditions of the blanket made by SiC/SiC composites and Li2TiO3 breeders are suggested.
\ndoctoral thesi
異なる動物種由来の AA アミロイド線維形態の比較とロスマリン酸による血清アミロイドA凝集の阻害に関する研究
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdfアミロイドーシスは、βシートに富むアミロイド原線維の細胞外沈着を特徴とする疾患であり、現在、アミロイド原線維を形成する50種類以上の前駆体タンパク質またはペプチドが知られている。これらが凝集、蓄積しアミロイド原線維としてプラークに沈着することで、臓器機能障害が引き起こされる。アミロイドA（AA）アミロイドーシスは、世界中の人間や家畜に頻繁に見られるアミロイド性疾患であり、関節リウマチや結核など重度の慢性炎症患者に発症する。血清アミロイドA（SAA）は、脊椎動物で高度に進化的に保存された、AAアミロイドーシスにおいて最も重要な前駆体アミロイドタンパク質の1つである。本研究では、まず、AAアミロイドーシスを発症した5つの異なる動物種（マウス、牛、山羊、犬、ラクダ）からアミロイド線維を精製し、これらの線維の幅と交差距離を透過型電子顕微鏡観察により測定した。その結果、精製したアミロイド原線維はクロス構造を持ち、不規則な長さを有する線状の形態を示すことが分かった。また、これらのアミロイド原線維の形態的な特徴は、それぞれの動物間のSAA遺伝子の相同性と相関することが示唆された。本研究ではさらに、アミロイドβ（Aβ）の凝集阻害剤として知られるロスマリン酸（RA）が、in vitroでSAA凝集に対して阻害活性を示すことを、量子ドットナノプローブを用いた微量ハイスループットスクリーニング（MSHTS）システムにより明らかにした。そこで、2% RAを有効成分として含むレモンバーム（Melissa officinalis）抽出物（ME）を食餌によりマウスに投与し、その血液から調製した血清のアミロイド凝集抑制活性と臓器へのSAAの沈着を評価した。興味深いことに、MSHTSシステムで評価したSAAおよびAβ凝集に対するME給餌マウス血清の阻害活性は、対照群よりも高かった。 また、MEを投与したマウス臓器におけるSAA沈着量は、対照群よりも少なく、血清のSAA凝集阻害活性がSAA沈着と関連していることを示唆した。これらの結果は、RAを含むMEの食餌による摂取が血液のアミロイド凝集阻害活性を増強し、臓器におけるSAA沈着を抑制したことを示唆した。さらに、本研究は、MSHTSシステムがin vitroスクリーニングだけでなく、分解され血液に吸収された食品の包括的なアミロイド凝集阻害活性の評価に適用できることを証明した。これらの研究成果は、アミロイド疾患の理解、および治療や予防のための新しい戦略の提供に貢献することが期待される。Amyloidosis, which is characterized by the extracellular deposit of β-sheet rich amyloid fibrils, is currently classified into more than 50 different types of medical associations based on precursor proteins or peptides. The aggregates of these proteins accumulated and deposited as amyloid fibrils into plaques which resulting organ dysfunction. Amyloid A (AA) amyloidosis is an amyloid-based disease frequently found in humans and livestock worldwide. It develops in patients with severe chronic inflammatory such as rheumatoid arthritis, and tuberculosis, among others. Serum amyloid A (SAA) is a highly evolutionarily conserved protein in vertebrates that is encoded by a family of closely related genes. And it is one of the most important precursor amyloid proteins and plays a vital step in AA amyloidosis. In this study, I first purified amyloid fibrils from five different animal species (mouse, cow, goat, dog, and camel) with AA amyloidosis, and measured these fibrils width and crossover distance by transmission electron microscopy. These results showed that amyloid fibrils had a linear morphology with a cross structure and irregular length in vivo. These data also suggested that the fibrils from different animal species have similar genetic homology in SAA sequences and morphology. Furthermore, I showed that rosmarinic acid (RA), which is a well-known inhibitor of the aggregation of amyloid β (Aβ), displayed inhibitory activity against SAA aggregation in vitro using a microliter-scale high-throughput screening (MSHTS) system with quantum-dot nanoprobes. Therefore, I evaluated the amyloid aggregation inhibitory activity of serum prepared from blood and the deposition of SAA in organs by feeding mice with Melissa officinalis extract (ME) containing 2% RA as an active substance. Interestingly, the inhibitory activity of ME-fed mice sera for SAA and Aβ aggregation, measured with the MSHTS system, were higher than that of the control group. The amount of amyloid deposition in the organs of ME-fed mice was lower than that in the control group, suggesting that the SAA aggregation inhibitory activity of serum is associated with SAA deposition. These results suggested that dietary intake of RA containing ME enhanced amyloid aggregation inhibitory activity of blood and suppressed SAA deposition in organs. Besides, this study also demonstrated that the MSHTS system could be applied to in vitro screening and to monitor the comprehensive activity of metabolized foods adsorbed by blood. I hope these findings will aid in the understanding of amyloid diseases and are inspiring new strategies for therapeutic intervention.doctoral thesi
層状希土類化合物RZn3P3 (R=Ho,Y) の高圧合成と磁気的性質
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdf強誘電性と強磁性の両方の性質を兼ね備えたマルチフェロイックが次世代の電子材料として注目されている。これまで，マルチフェロイックは，結晶構造に起因するフラストレートした磁気構造を持つ磁性体で多く発見されている。そこで，本研究では，層状希土類化合物六方晶系ScAl3C3型（空間群P63/mmc）の結晶構造を持つRZn3P3（R = 希土類元素）に着目した。この化合物は，c面内において，R原子が二次元三角格子を形成していることから，磁気的フラストレーション効果が期待される。本研究では，この系の磁気的性質を調べ，磁気的フラストレート効果を検証し，マルチフェロイックの可能性を探ることを目的とし，マルチアンビルプレスを用いた高圧合成法により，層状希土類化合物HoZn3P3および非磁性の参照物質としてYZn3P3の大型試料の高圧合成を試みた。その結果，純良な大型試料の合成に成功した。さらに，得られた試料について電気抵抗，磁化，比熱等の基礎物性測定を行い，磁気特性を詳細に調べた。その結果，HoZn3P3において，5 K付近で磁気転移が確認された。高温度領域の磁化率の解析より，Hoの磁気モーメントは，ほぼ３価の理論値に近い10.4B/Hoと大きな値を持つにもかかわらず，低温まで磁気秩序を示さないことから磁気フラストレート効果が影響しているものと考えられる。また，この転移は，転移温度の磁場依存性や結晶場基底状態の解析により，単純な磁気転移ではなく多極子自由度が関与しているものと考えられる。さらに，HoZn3P3の電気抵抗が低温において近藤効果的な上昇を示すことが分かった。今回得られた結果より層状希土類化合物RZn3P3は，希土類元素の4f電子と伝導電子が関与する近藤効果およびRKKY相互作用に加え，結晶構造に起因する磁気フラストレート効果も伴うユニークな系であり，今後の希土類化合物における磁性分野の研究および次世代の高性能デバイスに不可欠な材料開発の発展に寄与すると考えられる。Multiferroic, which has both ferroelectric and ferromagnetic properties, is attracting attention as a next-generation electronic material. So far, multiferroic has been found in many frustrated magnets related with a geometric frustration. Therefore, in this study, we focused on RZn3P3 (R = rare-earth element), which has a layered rare-earth compound with the hexagonal ScAl3C3 type structure (space group P63/mmc). The compounds are expected to have a magnetic frustration because the R atoms form a two-dimensional triangular lattice in the c-plane. We have tried to synthesize the layered rare-earth compounds HoZn3P3 and YZn3P3 as a non-magnetic reference by a high-pressure synthesis method using a multi-anvil press to investigate the magnetic properties of RZn3P3, verify the magnetic frustration, and explore the possibility of multiferroic. As a result, we succeeded in synthesizing high-quality large samples. Furthermore, basic physical properties such as electrical resistivity, magnetization, and specific heat were measured for the obtained samples, and the magnetic properties were investigated in detail. As a result, HoZn3P3 exhibits a magnetic transition around 5 K. While the effective magnetic moment of Ho has a large value of 10.4B/Ho, which is close to the theoretical value of trivalent ion (Ho3+), from the analysis of the magnetic susceptibility in the high temperature region, the compound does not show magnetic order until low temperatures. This result suggests the existence of a magnetic frustration in HoZn3P3. In addition, the magnetic transition is considered to involve multipole degrees of freedom rather than a simple magnetic transition, based on the analysis of the magnetic field dependence of the transition temperature and the ground state of the crystal electric field. Furthermore, it was shown that the electrical resistivity of HoZn3P3 shows a Kondo-like increase at low temperatures. From the results obtained in this study, the layered rare-earth compound RZn3P3 is a unique system with the Kondo effect and RKKY interaction between 4f electrons of rare-earth elements and conduction electrons, as well as the geometric frustration. It is considered that the study of RZn3P3 contributes to the development of research in the field of magnetism for rare-earth compounds and the system is indispensable for the development of materials for next-generation high-performance devices.doctoral thesi
Sentence-Initial Phrases in Samoan, Tahitian and Hawaiian
Get PDF同じポリネシア諸語に属する三つの同系言語、サモア語、タヒチ語、ハワイ語について、文頭にどのような要素が現れるのか比較した。その結果、文頭で用いる前置詞について、サモア語では一貫して前置詞‘o が用いられるのに対し、タヒチ語やハワイ語ではそれ以外の前置詞を用いる比率が高くなっていること、タヒチ語ではハワイ語に比べて定冠詞や指示詞の文頭での出現率が高いこと、時制・相指標が付加されていない動詞の文頭での出現率がサモア語において特に低く、逆にハワイ語で高めになっていること、が明らかになった。また、このような出現率の違いについて、同様の環境・意味でそれぞれの言語が異なる構造を用いて表現していることが要因となっていると説明できることを示した上で、それぞれの言語がもっている文構成上のいくつかの原則を示した。journal articl
STRENGTH AND DEFORMATION CHARACTERISTICS OF ARTIFICIAL LIGHTWEIGHT SUBBASE MATERIAL UNDER MONOTONIC AND CYCLIC LOADING
Get PDFAs roads often have a residual settlement on soft foundations, reducing the weight of the subbase course is an alternative way to solve this problem.In this study, the strength and deformation characteristics of artificial lightweight subbase course material under monotonic and cyclic loading were discussed. The specimens in the dry and optimum moisture content condition were applied cyclic loading by 10,000 cycles under three confining pressures (29.4, 49.0, and 68.6 kPa), and then the effects of cyclic loading on the strength and deformation were discussed. From the test results, it was found that the shear strength of the specimens after cyclic loading decreased in the dry condition, while the shear strength of the specimens after cyclic loading was basically unchanged in the optimum moisture content condition. And it is considered that the deformation modulus of sjournal articl
分光反射率データベースの構築と皮膚組織における光吸収の評価への応用
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdf拡散分光法は可視から近赤外波長領域におけるヒト皮膚の分光反射率を取得する手法として広く使われている。分光反射率のスペクトル形状は皮膚組織における光の吸収と散乱に依存し、特にメラニン、ヘモグロビン等の色素が光吸収に強く影響する。そのため、測定したスペクトルから吸収係数または色素濃度を評価する技術が皮膚科学や化粧品開発分野で大きく期待されている。従来から多変量解析を利用した手法が多く研究されているが、設定モデルが限定的なため未だ実用に至っていない。本論文では、大量のシミュレーションデータから構築した分光反射率データベースを用いて、皮膚組織における吸収の変化を効率的に検出する新規手法に関する研究を行った。最初に、これまで提案されてきた生体組織における様々な光エネルギーの伝搬理論について概説し、皮膚の分光反射率計測法の現状と本論文の目的、概要を示した。第２章では、ヒト皮膚組織の構造、組織内光伝搬の解析、ならびにモンテカルロ法に基づく生体組織内の光伝搬演算を中心に、本論文で扱う基礎的な原理を述べた。第３章では、皮膚分光反射率の適切な実測を目指した積分球における最適検出領域について、実験とシミュレーションにより調査を行った。皮膚内部を伝搬し再放出された拡散光の測定においては、特に検出領域径がスペクトル形状に大きく影響する。本章では、皮膚の9層構造モデルによるスペクトル形状と光子フルーエンスによるエネルギー分布の考察から、適切な検出径条件を初めて定量的に明らかにし、ヒト前腕部皮膚に対する実験により、その効果を確認した。この結果は、第5章における実験に反映されている。第４章では、9層構造皮膚モデルを用いたモンテカルロ法による光伝搬計算において、独自の緩和型グルーピング法を新たに考案した。これより、応用上重要となる吸収係数と散乱係数を変動パラメータとする分光反射率の効率的なデータベース構築法を開発した。また、構築したデータベースにおいて典型的な5種のスペクトル変化形態を見出すとともに、点像分布関数（PSF）によるスペクトル形態弁別アルゴリズムを提案した。第５章では、第4章で明らかにした5種のスペクトル変化形態を、寒天母材の人工皮膚モデル（ファントム）による実験で検証した。さらにヒト前腕部を対象とした組織血液量変化実験を実施し、従来から知られる重回帰分析との比較も含め、データベースによるマイニングから同定した結果が、皮膚組織における吸収変化を簡便かつ効果的に検出可能であることを実証した。最後に第６章では、本論文の内容と成果を総括し、まとめとした。Diffuse spectroscopy is widely used as a tool to measure diffuse spectral reflectance curve from human skin in visible to near-infrared wavelength region. The spectral shape of such reflectance curve depends on light absorption and scattering in skin tissue. Particularly, chromophores such as melanin and hemoglobin affects the light absorption, it is much expected to evaluate absorption coefficients or chromophore concentrations from a measured spectrum in the fields of dermatology and cosmetic industry. Many researchers have studied various techniques, including multi-variate analysis, however their mathematical models are yet limited to fewer skin conditions. This dissertation is aimed at the development of a novel method for evaluation of change in light absorption in skin tissue by using spectral reflectance database which consists of a number of simulated data. Chapter 1 briefly reviews the background of light propagation in biological tissue and introduces the synopsis of the dissertation. Chapter 2 presents the fundamentals of the skin tissue structure and the analysis of light propagation in tissue including Monte Carlo method, and the other basic theories and principles that are integral to this dissertation. Chapter 3 highlights the effect of a detecting aperture size on spectral reflectance measurements of human skin through numerical simulation and experiments. To find the appropriate size, Monte Carlo simulation of light propagation in the nine-layered skin tissue model was employed for generating spectral reflectance curves and photon fluence maps. Spectrophotometric experiments were also carried out on the human forearm. This study becomes functional for the experiments made in Chapter 5. Chapters 4 and 5 are assigned to the proposed method of spectral mining from the spectral reflectance database to evaluate unknown optical parameters in skin. Chapter 4 treats construction of the database which consists of simulated spectra with varying absorption and scattering coefficients. To construct the database efficiently, the moderate grouping method is newly proposed, in which the absorption coefficient and scattering coefficient are preferentially varied. This grouping method resulted in five typical types of spectral change, and leads to a potential spectral classification using the point spread function In Chapter 5, the five types of spectral change are validated by observing measured spectra from the three-layered agarose-gel phantom. Pressure-cuff occlusion and hot water immersion experiments are carried out on human forearm to confirm the applicability to evaluation of change in absorption coefficients. The results are successfully compared with those obtained by the conventional multiple regression analysis. Finally, use of application-based customized database is newly proposed as a promising way to suppress the ambiguity contained in the original database. Chapter 6 provides an overall summary of the various results obtained by studies executed in this dissertation.doctoral thesi
地震動を受ける地盤に対する埋戻し材としての流動化処理土の適用
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdf建設工事現場の掘削土は発展途上国の大都市において深刻な問題である。建設工事による掘削土を再利用する有効な手法である流動化処理土は，日本において一般的になっている。流動化処理土は，水，土，及びセメント系固化材を混合したスラリータイプのセメント改良土の一種である。流動化処理土は，締固めることなく安定な地盤を造成するばかりでなく，遠い距離からポンプ圧送によって空隙を容易に充填することができる。本研究では，流動化処理土の変形特性と新たな利点が建設工事の実務での適用を促進することを検討するために，実験的及び解析的な研究が実施された。本研究は以下のように要約される。(1) 原位置で作製された流動化処理土の強度・変形特性に及ぼす養生日数，養生温度，養生環境など種々の要因の影響が検討された。大学構内に2つのピットが掘削され，それぞれ，0及び10 kg/cm3の繊維材を混合した流動化処理土で埋戻した。養生日数28日及び56日後に，模型地盤から採取された流動化処理土をトリマーで成形して供試体を作製した。一連の圧密非排水三軸圧縮試験（CUB）が，原位置で作製された供試体に対して，軸ひずみ速度0.054 %/min，有効拘束圧98 kPaの条件で実施された。また，小型FWD試験による繊維材混合流動化処理土の埋戻し地盤の剛性評価に関する適用性が検討された。試験結果より，養生温度は流動化処理土の最大軸差応力qmaxに影響を及ぼし得ること，繊維材混合流動化処理土では，養生日数が増加するとqmax は養生温度の影響を受けにくくなることが明らかにされた。また，初期変形係数E0に及ぼす養生温度の影響は，養生日数の影響に比べて小さい。繊維材混合流動化処理土の養生初期においては，流動化処理土に繊維材を混合することがせん断中の損傷程度を減少させると考えられる。小型FWDによるK値は，繊維材混合流動化処理土による埋戻し地盤の剛性を適切に評価し得ることが明らかにされた。(2) 地震動を受ける建物と地盤に及ぼす埋戻し材の影響が有限要素法を用いて解析された。建物と地盤の3次元モデルは，ABAQUSソフトによりシミュレーションされた。本シミュレーションでは，各方向に4 mの3スパンからなる16本の柱で，高さ30 m，幅12 mのRC10階建て及び地下1階の構造物が選択された。八戸（日本）における1968年十勝沖地震を，時刻歴解析を行うために有限要素数値解析モデルに適用した。裏込め土（砂質土），流動化処理土，繊維材混合流動化処理土の3種類を用いた3ケースで解析した。解析結果より，埋戻し材に流動化処理土を用いると，地震時における建物の側方変位と層間変位がわずかに減少することが明らかとなった。一方，埋戻し材としての流動化処理土の適用は，建物および近隣域の周辺地盤の加速度と速度を顕著に減少させる。したがって，流動化処理土は建物と周辺地盤に及ぼす地震動を減少させるための有効な潜在能力を持つと考えられ，この特性は流動化処理土の新たな利点である。以上より，地震動を受ける地盤に対する埋戻し材としての流動化処理土の適用に関する新たな知見が示された。Excavated soil from the construction site is a serious problem in the big city in developing countries. Liquefied Stabilized Soil (LSS), which is an effective method of reusing excavated soil with construction works has become popular in Japan. The LSS is a kind of cement-treated soil of slurry type prepared by mixing soil, water and cement solidification. The LSS are not only created stabilized ground without compaction but also easy to be able to fill empty space by pumping a long distance. In this study, the deformation characteristic and new advantage of LSS were investigated to promote the application of LSS in construction practice. Research works, including experiments and analyses, have been conducted. This study is summarized as follows: (1) The effects of various factors, which are curing days, paper content, curing temperature and curing circumstance, etc., on strength and deformation property of LSS prepared at field were investigated. Two pits were excavated on the campus and then were filled with LSS mixed with fiber material amount 0 and 10 kg/m3, respectively. After a curing time of 28 and 56 days, the specimens were prepared by trimming LSS retrieved from the model ground. A series of Consolidated-Undrained triaxial compression tests with pore water measurement (CUB test) was carried out on the specimens cured in the field ground under the conditions at an axial strain rate of 0.054 %/min and the effective confining pressure of 98 kPa. And also, the applicability of an evaluation of stiffness by the Portable FWD test (Falling Weight Deflectometer test) at a backfilling ground by LSS mixed with fiber material was investigated. Based on the test results, it was found that the curing temperature could affect the maximum deviator stress qmax of LSS. As for LSS with fiber material, there is independent of the qmax on the curing temperature when curing days increase. And the effect of curing temperature on Initial Young’s modulus E0 is smaller than that of curing days. It was considered that during the first period of the curing process of LSS mixed fiber material, the addition of the fiber material into LSS is reduced the damage degree during shear. It was found that the K-value by portable FWD can be adequately evaluated the stiffness of backfilling ground by LSS with fibered material. (2) The effect of backfilling material on the building and ground subjected to seismic motion is analyzed by using the finite element method (FEM). A three-dimensional model of the building and ground was simulated in ABAQUS software. A reinforced concrete ten-floor building frame, 30 m high and 12 m wide with 16 columns consisting of three spans of 4 m in each direction, and one basement was selected in this simulation. The 1968 Tokachi-Oki earthquake in Hachinohe (Japan) was selected and utilized on the finite element numerical model to conduct a time-history analysis. Three case studies with three types of backfilling material: backfilling soil (sandy soil), LSS, and LSS with fiber were analyzed. Base on the analysis results, it was found that using LSS as a backfilling material slightly reduce the lateral displacement and inter-story drift of building under the seismic condition. On the other hand, the application of LSS as a backfill material significantly reduce the acceleration and velocity of the ground around the building and adjacent areas. Therefore, it is considered that the LSS has an effective potential to reduce the seismic motion on the buildings and the surrounding ground. This property is a new advantage of LSS.doctoral thesi
伝搬演算子を用いた効率的な光導波路デバイスの有限要素法解析に関する研究
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）application/pdf通信需要を支える基盤として機能する光通信システムは，基幹通信路として利用される光ファイバと，光信号を処理するための光回路素子で構成されている．インターネットやモバイル端末などの普及に伴う通信のさらなる高速・大容量化の要求に応えるためには，機能的役割を担う光回路素子の高性能化が不可欠である．光回路は光が伝搬する道(光導波路)を適切に設計することで，所望の特性を有する回路素子を実現することができる．とりわけ最近では，電磁界シミュレーション技術が発達し，問題に応じて効率的な数値解析手法・自動最適設計法が多岐にわたって開発され，これらは光導波路設計を進める上で欠かせないツールとなっている．しかしながら，設計時の所要時間やメモリ容量の制約のために，自由度の高い複雑な構造や3次元大規模回路の設計が困難となることが問題となり，実用レベルの設計法として確立するためには，設計に適したより効率的な光導波路の解析手法が求められる．従来の光導波路解析で広く利用されている有限要素法(FEM)は，柔軟性と適合性の高いメッシュ分割により解析領域全体を直接離散化するため，高精度解析が可能であるが，計算コストが高いことが問題点である．そこで本研究では伝搬演算子法(POM)と有限要素法を組み合わせた新しい解析法を提案する．POMは導波路断面の光波の伝搬特性を演算子化することで，固有モード計算を行わずに任意の電磁界を効率的に解析することができる手法である．とりわけこれまでのPOMに関する研究では，伝搬演算子の計算精度や安定性についての検討が近年に至るまで間断なく推し進められているが，導波路設計などの多くの実用的な問題の解析を行うためには,自由度の高い構造の解析に対応した，効率的な伝搬解析手法を構築する必要がある.本研究では，まず，有限要素メッシュを使用したPOMを定式化し，Denman-Beavers Iteration (DBI)による伝搬演算子の算出法を導入することで，導波路不連続問題の効率的な解析法を開発し，その妥当性を示す．次に，効率的な伝搬解析手法であるビーム伝搬法(BPM)と本手法を組み合わせることで，不連続構造のみならず，伝搬方向への連続的な構造変化を伴う回路全体の効率的な解析法へと拡張し，その解析精度の評価を行う．最後にPOMを従来のFEM伝搬解析の境界条件に適用し，任意構造に対して領域分割を行い効率的に解析を行うための散乱演算子法を提案し，その妥当性と有用性を示す．本解析手法は，扱える導波路構造の自由度が高いこと，任意の大規模回路を分割してブロック構造ごとに計算を行うことが可能であること，並列計算による解析の高速化が期待できることから，光導波路の最適設計法に応用した場合にその有用性が高く，光回路の高性能化を目指した高次元設計のための実用的な解析ツールになりうると考える.Optical communication systems that supports large communication demands, consists of optical fibers and optical circuit elements. In order to meet the demand for higher speed and larger capacity of communication due to the spread of the Internet and mobile terminals, it is indispensable to improve the performance of optical circuit elements that have a functional role in optical communication systems. An optical circuit element with desired characteristics can be realized by appropriately designing optical waveguides. Recently, with the development of electromagnetic simulation technology, a number of efficient numerical analysis methods and optimum design methods have been developed for wide variety of waveguide problems. However, there is a problem that it is difficult to design a complicated structure with a high degree of freedom and a large-scale 3D circuit due to the limitation of required time and memory capacity. Therefore, a more efficient and practical design method has been highly required. Finite element method (FEM), which is widely used in conventional optical waveguide analysis, directly discretizes the entire analysis region by mesh division with high flexibility and adaptability. Although FEM has high accuracy, the calculation cost usually becomes expensive due to necessity of using fine meshes. Therefore, in this study, we propose a new analysis method that combines the propagation operator method (POM) and the FEM. POM is a method that can efficiently analyze an arbitrary electromagnetic field at the cross-sectional waveguide by calculating propagation operators without eigenmode expansion. In the researches on POM so far, the calculation precision and stability of the propagation operator have been particularly studied until recent years. However, in order to analyze many practical problems including waveguide designs, it is necessary to construct an efficient propagation analysis scheme for arbitrary waveguide structures with high degree of freedom. In this study, first, we develop a POM using finite element meshes and introducing a calculation method of the propagation operator by Denman-Beavers Iteration (DBI) to efficiently analyze the waveguide discontinuity problem, and show its validity. Next, we extend this method to be applicable to not only discontinuous structure but also entire circuit elements with continuous structural changes, by combining with beam propagation method (BPM), and then evaluate its analysis accuracy. Finally, we apply POM to the boundary conditions of conventional FEM, and propose a scattering operator method for efficient analysis dividing the entire analysis region into arbitrary local structures, and we show its validity and usefulness. The proposed method can treat high degree of freedom in the waveguide structure, and it is also expected that the analysis efficiency will be increased by parallel computation. Thus, it can be a practical analysis tool for high-dimensional waveguide design aiming at high performance of optical circuits.doctoral thesi