2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of Unified Macro-EHL Computational Fluid Dynamics Simulation with Viscoplastic Fluid Model of Grease
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17K06137
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
根岸 秀世 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (20568208)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴田 和也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30462873)
福澤 健二 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60324448)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グリース / 潤滑 / 非ニュートン流体 / MPS法 / CFD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、グリース潤滑を用いた機械要素の長寿命化・低摩擦損失化設計確立を目的として、極少量グリース潤滑における機械要素内グリース挙動と油膜厚さ、そして摩擦損失の予測を可能とする数値解析技術の構築を行うことを目的としている。具体的には、グリースが有する非ビンガム塑性および高圧しゅう動における粘弾性特性を明らかにし、物理数学モデル化する。その上で、機械要素内のマクロな流体力学と高圧しゅう動部等のミクロ領域における弾性流体力学を統合した数値解析技術を構築する。合わせて検証実験も実施し、構築した手法の妥当性を確認する。
【検証実験】グリースマクロ挙動の理解・検証を目的として、申請者は気液二相流の検証例題として知られるダム崩壊実験をグリースに応用し、グリースダム崩壊実験を実施した。実験では、初期に自重により崩壊したグリースが途中で運動を停止するという特異な挙動が観察された。グリースのマクロ挙動に関する検証実験は世界的にも類がなく、貴重な検証データとなる。
【数値解析手法構築】申請者は、グリースの非ビンガム塑性を考慮可能な物性モデルを論文調査に基づき選定し、複雑形状や固気液混相流の計算に優位性がある粒子法(MPS法)に導入することで、前述したグリースダム崩壊挙動を定性的に再現することに成功した。更に東京大学柴田准教授は、従来のMPS法についてグリースミクロ挙動の解析を実現するべく、Navier-stokes方程式の粘性項の計算を陰解法化し、MPS法の勾配モデルに最小二乗法モデル、ラプラシアンモデルに安定化モデルを組み合わせた計算手法を構築した。
【グリース物性モデル構築】名古屋大学福澤教授は、高圧しゅう動部におけるグリース粘弾性の計測を目的として、ファイバーウォブリング法による粘弾性計測手法を構築した。これによりグリース薄膜のずり粘弾性の計測データ取得に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【検証実験】
・計画通りグリースマクロ挙動に関する検証データが取得できた。
【数値解析手法構築】
・計画通りグリースの非ビンガム塑性を考慮可能な数値計算手法を粒子法をベースに構築することができた。また、次年度の研究に向けて、グリースミクロ挙動の解析に必要な数値計算手法の改良を行った。
【グリース物性モデル構築】
・計画通り高圧しゅう動部におけるグリース粘弾性の計測手法を構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
【検証実験】
・グリースミクロ挙動に関する検証実験(ボールオンディスク試験等)を実施し、現象理解と検証データ取得を実施する。
【数値解析手法構築】
・初年度に構築したMPS法ベースの数値解析手法について、グリースマクロ挙動の定量的な再現性を目的として改良を図る。また、前述のグリースミクロ挙動実験を対象としたグリースミクロ挙動解析を実施し、手法の検証と改良を進める。
【グリース物性モデル構築】
・初年度に構築したファイバーウォブリング法による粘弾性計測手法を改良し、計測データの定量性を向上させる。
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| Causes of Carryover |
・初年度の目玉であったグリースマクロ挙動の実験については、試験装置を工夫しかつ自作したことにより当初予定よりも安価に実験を実施することができた。また数値解析構築に際しては、専用計算機の調達等を考えていたが、初年度については計算規模が小さかったため新規調達は次年度以降に延期した。以上により、当初予定に対して助成金が余剰金が発生した。
・次年度は、グリースミクロ挙動の実験を計画しており、経費はそれに支出する。また計算規模も徐々に増加する見込みのため専用計算機を調達する予定である。
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