2023 Fiscal Year Annual Research Report
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20K03792
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
松川 宏 青山学院大学, 理工学部, 教授 (20192750)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 摩擦 / スティックースリップ / 前駆滑り / 冪乗則 / 地震 / アモントンークーロンの法則 / 摩擦の制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的のうち、一つの真実接触点の接触、摩擦と滑りの機構、メゾスケールの摩擦の振る舞いに関しては、真実接触点を多数含み現実の摩擦面と同じく自己相似性を持つランダムな表面を考え一つの真実接触点の振る舞いから理論的に、多数の真実接触点をすくむ系の全真実接触面積、全摩擦力の荷重依存性の式を導くことに成功した。これらより静摩擦係数の表式を得た。それは、接触面のランダムネスと整合性・不整合性により、いくつかの場合に分けられることがわかった。マクロな弾性体における前駆滑りと摩擦に関しては、バネブロックモデルに粘弾性項を加えた有効モデルを提案し、その前駆滑りおよび系全体の滑りの様子を調べた。また、駆動方向も上面から全てのブロックにバネを介して力が及ぶトップドライビング、および端のブロックを駆動するサイドドライビングの両者の場合も調べ、さらに個々のブロックと底面の間に働く摩擦が従う摩擦則も多様な場合を調べた。そして、粘弾性項がない場合は、駆動方法、各ブロックの摩擦則に関わらず、一回の滑りの大きさの頻度分布には地震と同じ冪乗則が成り立つことを明らかにした。ただし、前駆滑りの様子は駆動方法によって大きく変わる。また粘弾性項を導入すると、冪乗則が成り立たなくなる。さらに立方体形状および溝のある粘弾性体ブロックの摩擦を有限要素法および有効モデルの解析計算により調べ、そこではアモントンークーロンの法則と呼ばれる一般には広い範囲で成り立つと信じられている摩擦の法則がなりたたなくなり、摩擦係数は特徴的な荷重依存性、溝の構造依存性を示すことを示した。これは摩擦の制御につながる成果である。介在物のある系の摩擦に関しては、粉体に剪断をかけた系の速度の剪断方向に垂直な方向への依存性を調べ、それが粉体間の摩擦係数、および時間により液体的振る舞いから固体的振る舞いへ連続的に変化する可能性があることを示した。
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