社会環境工学科の金澤健准教授、電子情報工学科の船川 大樹准教授、および北海道大学大学院工学研究院の松本高志教授による共同研究論文が、破壊力学分野の主要な国際学術誌「Engineering Fracture Mechanics」（Elsevier発行）に掲載されました。

本研究は、コンクリート構造物のひび割れ抑制などに用いられる短繊維（ファイバー）が、繰り返し荷重（疲労）を受けた際に劣化するメカニズムについて、破壊力学と確率論を融合させた新たな視点から解明したものです。

■ 研究の背景と成果：ばらつきの大きい疲労劣化現象の理論的解明
建設分野では、耐久性向上のためコンクリートに短い繊維を混ぜた繊維補強セメント複合材料が広く利用されています。しかし、この材料が疲労を受けた際の強度低下は、結果のばらつきが極めて大きく、寿命の正確な予測が困難であるという課題がありました。

本研究では、このばらつきの根本原因が「繊維とコンクリート間の界面破壊」にあることに着目し、引き抜き時の摩擦エネルギーなどを考慮した破壊抵抗曲線を理論的に導出しました。さらに、この曲線とマルコフ連鎖と呼ばれる確率モデルとを組み合わせることで、繊維1本1本の疲労による強度低下曲線を、単なる平均値ではなく、「力学的根拠に基づく代表曲線と安全側の予測曲線」として提示する新しい枠組みを示しました。

■ 今後の展望：次世代セメント系繊維補強材料の信頼性評価と標準化へ
本論文で確立された手法は、特定の繊維や実験データに依存しない汎用的なモデリングの枠組みです。これにより、単一の繊維から、無数の繊維が含まれる実構造物レベルでの複雑な疲労破壊挙動の予測へとスケールアップすることが可能となります。本研究の成果は、次世代のセメント系3Dプリント材料など、高度な繊維補強セメント材料の信頼性評価手法の確立や、設計標準化の推進に大きく貢献することが期待されています。

■ 掲載論文情報
・タイトル: Fatigue-induced Degradation of Individual Fibers in Cementitious Matrices: An R-Curve Approach Integrating a Probabilistic Perspective
・著者: Takeru Kanazawa, Daiju Funakawa, Takashi Matsumoto
・掲載誌: Engineering Fracture Mechanics
・論文リンク: https://authors.elsevier.com/a/1o54g38l3tBOy
（2026年12月30日まで、どなたでも無料で本リンクから論文の全文をお読みいただけます。ぜひご覧ください。）