2020 Fiscal Year Annual Research Report
金属接触面における変形挙動の直接測定による接触モデルの再構築と接触面形状の設計法
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20H02046
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
河野 大輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80576504)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 正雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00373746)
磯部 浩已 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (60272861)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 接触剛性 / X線CT / 光弾性法 / 弾塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属－金属接触面に垂直荷重を負荷した場合の変形解析を，X線CTを用いた実験と有限要素法を用いたシミュレーションの比較により行った．X線CTを用いることで，静的荷重負荷下にある接触面の変形挙動を，材料の内部に至るまで三次元的かつマイクロメートルスケールで観察することができた．有限要素法を用いた弾塑性解析の結果はX線CTによる観察の結果と定性的，定量的によく一致した．このため，接触面の三次元モデルを作成することができれば，接触面における弾塑性変形をシミュレートすることができる可能性が示された．
光弾性法を用いた金属－ガラス接触面近傍の応力測定実験と有限要素法を用いた弾性解析を組み合わせることにより，接触面近傍における応力集中領域の変形が接触剛性に与える影響を調査した．調査の結果，応力集中領域の変形は接触面の突起の変形の50%～100%の大きさとなる場合があり，接触剛性の推定において無視できないことが分かった．接触面の三次元モデルを容易に作成可能であり，かつ実用的な接触剛性をもつ接触面としてCutter Mark Cross法による接触面を選択し，接触面近傍の変形を考慮した接触面のマルチスケールモデルを考案した．実験での検証において，同モデルを用いて接触剛性を15％以下の誤差で推定できた．
金属－金属接触面に接線荷重を負荷した場合の変形を，X線CTを用いて観察するための荷重負荷装置を開発した．本装置は接触面の接線方向にX線を透過させ，接触面の垂直方向周りに回転させながらX線スキャンするための装置であり，予圧のための垂直荷重を負荷した状態で，接線荷重を負荷することができる．
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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
接触剛性の推定において有限要素法を用いたシミュレーションが有効であることが分かり，2020年度の目標としていた接触剛性のモデル構築は達成できたと言えるため．また，この成果によって，「問い」の１つに設定していた接触面近傍における応力集中領域の弾性変形の寄与が明らかになったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに明らかになった微小突起の弾性変形と応力集中領域の弾性変形の寄与に基づいて，接触剛性を最大化できる切削痕形状を設計する．また，接触面における真実接触部以外の空隙部に機能性材料を充填することで，減衰係数を増大させる方法の効果を検証する．摩擦係数の低い材料を用いて，マイクロスリップを積極的に生じさせることも考えられる．設計した接触面を持つ試験片を製作し，剛性と減衰性の増大とその再現性の向上効果を実験によって検証する．
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Research Products
(5 results)
