2020 Fiscal Year Annual Research 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, 研究領域主幹 (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 – 2021-03-31
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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 |
本研究では、極少量グリース潤滑における機械要素内グリースのマクロ挙動と潤滑部における弾性流体潤滑を統一的に計算し、潤滑膜厚さや摩擦損失の予測を可能とする数値解析技術の構築を実施した。
最終年度は、これまでに構築した粒子法ソルバー（特に流体-剛体連成解析）の摩擦損失の予測精度検証を目的に転がり円筒の流体潤滑基礎実験を実施し、油膜上で回転する円筒が停止する過程を良好に再現することに成功した。また、弾性流体潤滑問題への適用を可能とするため、ソフトEHL（等粘度・弾性体領域）を対象に流体-弾性体連成解析手法を構築し、圧力分布や油膜厚さをReynolds方程式の解と同程度に予測した。
研究計画全体を通じた成果は、機械要素内の複雑形状のモデル化が容易なメッシュフリー法の一種のMPS法を採用し、グリースのマクロ挙動と潤滑部の弾性流体潤滑を統一的に扱うことが可能な計算手法の技術基盤を確立したことにある。グリースの粘塑性についてはHerschel-Bulkley-Papanastasiouモデルを導入し、粘性項での適切な離散化方法を見出した。MPS法の潤滑問題適用に際しては、基本メカニズムであるくさび膜および絞り膜効果について、理論解に対する妥当性を示した。弾性流体潤滑の計算については、ソフトEHLの条件のもと潤滑剤はMPS法で、固体壁の変形は弾性変形式を組合わせる形で実現した。また機械要素内でマクロ-ミクロの現象を統一的に計算する方法として、領域に応じて粒子解像度を変更できる可変解像度手法を採用し、その有効性を示した。更に機械要素内複数物体の流体-剛体連成を考慮する計算をPassively Moving Solidモデルをベースに実現した。これらのモデルや計算手法を組合わせることでグリース潤滑の油膜厚さや摩擦損失の予測が可能となり、機械要素の長寿命化・低摩擦損失化設計に資することが可能となる。
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