2021 Fiscal Year Research-status Report
粒子法によるマルチスケール・マルチフィジックス弾性流体潤滑シミュレータの開発
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21K03847
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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) |
近藤 雅裕 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10589295)
柴田 和也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30462873)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粒子法 / 弾性流体潤滑 / 流体工学 / マルチスケール / マルチフィジックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複雑形状や剛体運動の扱いが容易で固体/液体/気体を統一的な計算原理で扱うことが可能な粒子法を採用し、転がり軸受内のマルチスケール・マルチフィジックスを考慮可能な弾性流体潤滑シミュレータを世界に先駆けて開発する。これにより軸受内全体の潤滑剤挙動を把握・制御し、省資源・省エネ化に資する軸受設計・運用方法の提案を実現する。本年度は当初計画通り以下の2サブテーマに注力して研究を進めた。
①数値計算手法の構築
(1) 弾性体-流体連成計算手法の構築：摺動面が弾性変形し、潤滑油の大きな圧力変化による粘度や密度変化を考慮する必要のないソフトEHLを想定し、流体計算に粒子法(MPS 法)、弾性体計算に弾性変形式を採用し、これらを連成する計算手法を構築した。2次元円柱/平面のソフトEHLを対象に検証解析を実施し、摺動部の圧力分布と油膜厚さ分布が従来のReynolds方程式の数値解析結果と良好に一致することを確認した。
(2) 剛体-流体連成計算手法の構築：軸受内の転動体等の機構部品の6自由度運動と潤滑剤挙動の相互干渉を考慮可能とするため、潤滑面が剛体面の場合の流体-剛体連成解析手法を構築した。流体計算にはMPS法、剛体計算には回転運動方程式と剛体姿勢を表現するクオータニオンの時間発展式を採用した。流体-剛体連成には、PMS(Passively Moving Solid)モデルを採用した。転がり円筒を使った流体潤滑実験を対象とした検証解析を実施し、転がり円筒の停止過程を定性的に再現した。
②物理数学モデルの構築
(1) 表面張力/濡れ性モデルの構築：軸受内の枯渇潤滑時に問題となる油膜破断の再現を目的として、MPS法に表面張力モデルを導入し、線接触流体潤滑問題における油膜破断を再現した。表面張力モデルには、流体内部に不自然な力が発生しない密度依存ポテンシャル型表面張力モデルを新規導入した。
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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
当初計画通り、2サブテーマ（①数値計算手法の構築、②物理数学モデルの構築）に注力して研究を進めたことで、今後のベースとなる連成計算手法および表面張力/濡れ性モデルを獲得することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
FY2022も、2サブテーマ（①数値計算手法の構築、②物理数学モデルの構築）に注力して必要な計算手法および物理数学モデルの構築を進める。また③軸受統合シミュレータの構築に着手し、今後の大規模並列計算を見据えた計算プログラムの開発に着手する。また④検証実験も必要に応じて実施して、検証データ獲得を進める。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ対策に伴い、出張を控えたため旅費の支出が予定より少なくなった。また査読論文投稿や検証実験準備も次年度に持ち越しとなったため次年度使用額が発生した。次年度では、次年度助成金と合わせて確実に使用していく予定である。
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Research Products
(4 results)
