身近な科学検証シリーズ
最近、グリーンランドの広大な氷の下で新種の恐竜と思われる化石が発見されました。2022年夏には、ジュラシック・ワールドの第3作目となる「ジュラシック・ワールド／ドミニオン」（邦題「ジュラシック・ワールド／新たなる支配者」）が公開されます。この機会に恐竜映画を見直してみるのはいかがでしょうか。
「ジュラシック・ワールド」で引っかかったのは、恐竜のいるパーク内で使われているガラス製のジャイロスフィアの乗り物です。このシーンでは、ジミー・ファロンがビデオスクリーンにポップアップして、ジャイロスコープの安全性をデモしています。
この巨大な転がるガラス玉（または、ジミー・ファロン）に安全を委ねて大丈夫なのでしょうか？
ジャイロスフィアは、来場者が危険を感じることなく恐竜に近づくことができるように設計されており、ガラスのフレームは50口径の弾丸を止められ、爬虫類の毒のある唾液からも来場者を守ることができる、と説明されています。面白いのは、このジャイロスフィアはCGだけではなく、実際に作ってボールベアリングの上を転がして撮影されたそうです。
耐久性を謳っていたにもかかわらず、インドミナス・レックスはベンとケンジを捕らえ、カプセルを爪で叩いてガラスに穴を開けてしまいます。恐竜が強大な顎で乗り物を粉々にしてしまう直前に、少年たちはなんとか逃げ出すことができました。
私たちは、Geomechanica社のソフトウェアIrazuで、ジャイロスフィアの厚さのガラスを割るにはどのくらいの力が必要なのかを調べました。果たしてインドミナスの巨大な爪の力でガラスが割れるのか、それとも映画は物理学を無視して特撮チームに任せたのか。私たちはこれを確かめることにしました。
ジャイロスフィアをシミュレーションする
まず、ジャイロスフィアの3Dモデルを作成します。対称性を考慮して、球状のガラス製ジャイロスフィアの半分だけを、外径1メートル、厚さ10センチの中空の半球としてモデル化しました。また、防弾ガラスの積層構造をより正確に表現するために、厚さ2センチの高分子材料の層を組み込み、インドミナス・レックスの爪を上下の直径が4.0cm、1.7cm、高さ10.0cmの円錐形で表現しました。
メッシュは，歯と半球の接触部付近で最も細かい（2mm）四面体の有限要素メッシュ（合計約8万要素）としました。また、骨、ガラス、ポリマーは脆性の等方性材料とし、適切な剛性と強度の物性値を割り当てます。インドミナス・レックスの激しい攻撃は、半球の表面に垂直に、爪の速度を0.5メートル/秒と表現してみました。
Irazuの3次元モデル。上部にインドミナス・レックスの爪を含む。モデルは中空構造となっている。
結果
インドミナス・レックスの爪でジャイロスフィアのガラスが破壊される様子を、下の動画で再現しています。インドミナス・レックスの爪がガラスに直接接触すると、ガラスは破壊し始めます。亀裂は下方に円錐状に広がっていきます。圧力が高まると、ジャイロスコープの内側からの引張破断が核となって成長します。最終的には、ジャイロスコープの内側で円錐状のガラス片が完全に剥離し、中心に向かって飛び出していきます。
恐竜の爪の圧力が高まるとジャイロスフィアのガラスがひび割れ始め、最後は割れます
防弾ガラスを破壊するのに必要な力は、爪がジャイロスフィアに侵入する際に作用する反力として、解析結果から得られます。下のモデルでは、巨大な応力を受けてガラスが破断・剥離する様子が描かれています。
爪がガラスに突き刺さり、接触部分のガラスが破損し、最終的にガラス片がジャイロスフィア内に飛び出す様子を示す拡大図
そして、下のグラフに示すように、ピーク時には2,800kN（285トン）の荷重が記録されており、これがガラスを割るのに必要な値となります。
爪とジャイロスコープの衝撃シミュレーションした荷重-変位曲線。ガラスを割るには2800kN（285トン）の力が必要でした。
岩石力学試験所で使用されている一般的な油圧プレスの容量は1300kNです。つまり、インドミナス・レックスの爪の一撃が高強度ガラスを破壊するには、理論上、工業用鉱山の油圧プレスの2倍の力が必要ということになります。
では、恐竜は爪を一振りするだけで、これほどの力を発揮できるのでしょうか？この仮説を検証するための本物の恐竜がいなくなってしまったので（それが一番いいのかもしれませんが）、はっきりとしたことはわかりません。しかし、最強の恐竜であっても、現代の鉱山機械のように岩を砕く力を発揮できるとは思えません。インドミナス・レックスは確かにパンチ力がありますが、ジャイロスフィアを破壊することはできないでしょう。いずれにしても、私は恐竜の群れの中に入っていくつもりはないし、この実験は仮説にとどめておきたいと思います。
Geomechanica について
Altairパートナーアライアンスの一員であるGeomechanica社は、最先端の数値シミュレーション手法の開発と適用を通じて、岩石力学の難問を解決しています。土木工学、鉱業、石油工学、研究などの業界向けにソリューションを提供しており、ユーザーはIrazuソフトウェアのソルバー技術を用いてカスタマイズされたシミュレーションを作成し、解析を実行できます。
Irazuは、岩盤の変形、破壊、連成などのシミュレーションを行うことができ、GPUコンピューティングにより、より忠実なシミュレーションを行うための計算能力を設計者に提供します。これにより、設計者が不正確なモデリングを仮定して設計を行う必要がなくなります。
様々なマルチフィジックスソルバーと高度な機能を1つのソフトウェアパッケージに統合したことで、Irazuは、掘削、斜面の安定性、トンネル掘削、動的解析、採掘、貯留層のジオメカニクスなどを含む（ただし、これらに限定されない）幅広いエンジニアリングアプリケーションに使用することができます。この技術は、広範な地球工学アプリケーションの設計および解析のためのオールインワン・シミュレーション・ツールとして機能します。
鉱業用途でのジオメカニカル解析の使用についてご興味のある方は、Ove Arup & Partners社、Altair、Geomechanica社によるウェビナーをご覧ください。
＊本ブログは、本社ブログ「Digital Debunking: Could a Dinosaur Really Crush a Jurassic World Gyrosphere?」を翻訳したものです。
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