Understanding and mathematical modeling of the fractal wear of soft material based on spectral analyses

• Project/Area Number: 25K01147
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related; Basic Section 18030:Design engineering-related; Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section18030:Design engineering-related , Basic Section18040:Machine elements and tribology-related
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 田中 展 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70550143)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊田 翔平 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (80610740)
• Project Period (FY): 2025-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2027: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2026: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2025: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: トライボロジー / 高分子ゲル / 表面粗さ / スペクトル解析 / フラクタル摩耗

Outline of Research at the Start

トライボロジーは科学的に未解明な課題が多く，ソフトマテリアルと粗い硬質基板との摩耗現象もその一つである．本研究では，独自に開発した表面粗さのスペクトル解析法をゲルに適用し，その摩耗現象の解明と数理モデリングに取り組む．ゲル材料には，弾性率を調整できる汎用ゲルと，さらに表面接着性も調整できる新機能性高分子ゲルを用いる．そして，種々のゲルによる摩擦試験を実施し，スペクトル解析より摩耗面の表面粗さの変化をマルチスケールに評価する．本計測結果を基に，物理的裏付けのあるパラメータで構成された数理モデルから摩耗のスケーリング則（フラクタル性）を紐解き，フラクタル摩耗の新しい学理を構築する．