Model Development of mesoscale simulation on friction and wear of Boundary lubrication

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04245
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
• Research Institution: Kagoshima National College of Technology (2022); University of Hyogo (2021); Tokyo City University (2020)
• Principal Investigator: Sugimura Natsuko 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00563959)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉村 剛 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任研究員 (80455493)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 焼付きモデル / SPH法 / 境界潤滑摩擦 / メソスケール / 可視化 / トライボロジー

Outline of Final Research Achievements

HPCI enabled many shear simulation tests under sufficient load and sufficient time conditions. In the shear test of aluminum, the adhesion spreads from the asperities’ contact part of the interface to the entire interface, the plastic area spreads from the vicinity of the interface to the peripheral edge, and a sudden high temperature is detected in the peripheral region. A characteristic index was proposed to distinguish between the adhesion progression system and the non-adhesion progression system. We also implemented a solid-liquid interaction model and a bottom-up model for interfacial interactions. Additionally, the visualization system CedarPlot features a new drawing module that uses WebGL functionality instead of traditional polygon drawing to reduce memory usage. As a result, the increase in the amount of output data due to HPCI calculation has been addressed. Time correlation analysis function and feature value extraction function are being added to CedarPlot.

Free Research Field

トライボロジーシミュレーション

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

接触、摩耗、発熱、塑性流動、凝着を一つのモデルで計算できるメソスケールシミュレーターは本件が初である。原子分子の大胆な粗視化と、連続体のスキームを基本に据えることで初めて実現した。今回、複数の凝着部位が摩擦界面上で接合進展し、塑性・高温域が周縁に急速に広がり、突発的な高温が周縁部で検出されることを明らかにした。経験的・理論的仮定を置かずにこの結論を得たことは、汎用性シミュレーターとしての可能性を広げている。なお、発熱についてはそれが閃光温度の理論解と辻褄の合うことを、学会で発表し、論文に投稿している。物理的な計算結果をwebアプリで無償で確認できるようにした社会的意義も大きい。