粗面の接触モデルに基づくすき間内流動特性の解明

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23560153
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 京極 啓史 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (70153236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桃園 聡 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (70262300)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 粗面 / 接触 / すき間 / 流量係数

Research Abstract

本年度は接触状態およびそのときの流動状態を調べるための準備段階として予備的な実験および解析を行った．(1)粗面接触の直接数値シミュレーションの準備（京極）：研究室で開発を続けている市販のMSC.Marcを利用した粗面生成・接触シミュレーションを大規模な計算が可能な大型計算機への移植は十分ではないが，ソフトウェアの改良をおこなっている．また、粗面の特徴パラメータやとパーコレーション解析・自己相関特性比較などに関する調査を行った．(2)すき間内流動解析シミュレーションの準備（京極）：上記の接触解析より規模の小さい接触部の近傍のすき間内流動に対し，すき間方向の流れを無視したReynolds方程式を用いた解析とStokes流れとして解いた場合の差異を解析した．(3)接触時のすき間分布測定の準備（実験：桃園）：すき間分布を測定する手段として濃度法・蛍光法などについて光源・カメラなど光学系を検討した上予備実験および流量測定を同時に可能な実験装置の試作を行った．蛍光法および濃度法での隙間測定予備実験および、定性的な隙間測定は可能であるが，濃淡のムラにより厳密なゼロ点測定をどう行うかなど課題が残った．なお，以上の部分についてを指導した大学院学生の修士論文としてまとめた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

シミュレーションは、大型計算機への移植については終わっていないが、予備的な計算はできるようになっている。予備実験・および実験装置の試作まで作成したが、測定法の最終決定には至っていない。以上のように予定より進捗している部分と遅れている部分があるが、総合的にはおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

(1)接触および (2)すき間内流動解析：シミュレーション：平成２３年度に改良したソフトウェアを用い，平成２３年度中に検討した粗面の形状パラメータをはじめ，荷重，すき間形状の解析を行う．作成した装置で，接触時のすき間形状の測定を行う．粗さ計の標準試験片を転写した試料をはじめ，代表的な粗さパターンの試料をいくつか用意し，その表面形状を解析表面に反映させた上で接触解析を行い，接触荷重を少しずつ増やし，見掛けの粗さがつぶれてしまう条件までの真実接触面積およびすき間形状の計算を行う．流動解析についてはソフトウェア完成を目標とする．(3)接触およびすき間内流動状態の観察：実験装置の製作・評価：平成２３年度に試作した実験装置を改良し，その評価を行う．予備実験の通り，接触した粗面の底部の形状を測定できるか，液中での形状も十分計測できるかをまず確認し，すき間形状の測定に問題点があれば改善し，測定できるようにする．流動観察および流量測定については，簡単な確認をまず行い，問題点の抽出および改善の手配を行っておき，平成２５年度での測定に備える．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

物品費用として1,000,000円を計上する．内訳は光学系部品（レンズ・ミラー・フィルター・鏡筒類・光源）が500,000円，機械部品費（機構部品・治具等）400,000円，数値解析アクセサリーボードが100,000円である．旅費としては，中間的な研究成果報告と情報収集のためにトライボロジー会議秋室蘭に参加する費用として80,000円（80,000円×1人）を計上する．その他として，470,000円を計上する．その内訳は，数値解析を行う構造計算ソフトウェアの年間保守料として380,000円，計算機使用料として60,000円，印刷・投稿料等で30,000円である．