2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel tuning method of frictional force positively using high flexibility of soft matter sliding materials
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17K14578
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前川 覚 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90637406)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 設計工学 / ソフトマテリアル / 摩擦振動 / 摩擦制御 / 有限要素法解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タイヤやシューズ，ラバーブッシュなどのゴム摺動面の摩擦発現メカニズムは，他の金属材料のものとは大きく異なる．摩擦力の発生によってゴム自身が大きく変形するために接触状態がバルク剛性に強く依存する．そのため，バルクの形状や剛性が摺動面の摩擦特性を決定する重要なファクターとなる．近年では，上記の特性を積極的に利用して，バルク形状最適化によるゴム摺動材料の摩擦特性制御が着目されている．非線形有限要素法解析の進展による摩擦現象の数値シミュレーション精度の向上や3Dプリンタなどの新しい造形技術の発展，構造最適化理論の進展などにより，現在多くの分野で研究がなされている．
そこで本研究では上記の研究背景を考慮して，バルク変形特性と摩擦特性の関係を定量化するための素過程モデルの導出を目指す．具体的には，摩擦力とバルク変形量，摺動面の真実接触面積を同時に定量化できるすべり摩擦試験機での実験結果を基にして，ゴム摺動材の摩擦素過程モデルを導出した．同モデルでは，摩擦係数を従来の「摩擦力と垂直力の比」として整理するのではなく，「せん断応力と垂直応力の比」として記述することで，有限要素法解析の基礎となる連続体力学にうまく接続可能な形式となっている．すなわち，力の次元ではなく応力の次元として評価することで，摩擦係数を形状の情報を含まないより普遍的な評価値として再定義することが可能となった．同モデルを有限要素法解析に組み込むことで，ゴム特有の摩擦特性を表現可能であることが明らかになっている．また，同解析の有効性については実験により検証済みであり，研究成果として公表されている．
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