Clarification of Friction and Adhesion Characteristics of Snow and Their Expression Mechanism in High Shearing Velocity under High Pressure and Low Temperature Conditions

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26870212
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 藤野 俊和 東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (70508514)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: トライボロジー / 雪氷 / 機械材料 / 特殊環境 / 流体

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、除雪機械等の性能向上と安全性革新のための合理的かつ効率的な設計開発において渇望されている、「低温」環境のもと互いに「高圧接触」、「高速せん断」する条件下における雪と機械材料間および雪内部の摩擦および付着・粘着特性を解明することである。この際、雪界面の高速かつミクロな現象の精細観察と解析により摩擦および付着・粘着特性の発現メカニズムの解明にも挑む。
本研究目的を達成するため、昨年度までに雪と機械材料間および雪内部のせん断特性の計測のほかにせん断界面における水の発生や流動等の高速かつミクロな現象を高精細に撮影・観察し解析可能な環状せん断特性実験解析システムを構築した。同実験解析システムによる雪の摩擦および付着・粘着特性の実験解析を、本経費にて購入設置した恒温室（プレハブ冷凍冷蔵庫）内において-10～0[℃]の低温環境のもと、垂直圧力0～60[kPa]、せん断速度0.1～25.0[m/s]の高圧接触高速せん断条件下にて実施した。実験解析では、主に雪の摩擦および付着・粘着特性に及ぼす雪の粒径とせん断速度の影響を解析し考察した。せん断界面およびその近傍における水の発生や流動等の高速かつミクロな現象を本経費にて購入したハイスピードカメラにて撮影・観察した。
研究期間最終年度である本年度は、昨年度までに構築した実験解析システム等を用いて、主に雪の摩擦および付着・粘着特性に及ぼすせん断面押し付け圧力（最大100[kPa]）の影響を解析し考察した。また、実験者によらず再現性および信頼性の高い実験結果を得るため、実験時の雪の圧密方法、圧密時間および上下せん断リング間の間隙条件の設定方法等について検討し試行錯誤を重ね、高い信頼性を有する実験データを得るための標準的実験方法を構築した。研究期間内に得られた成果を国内外の関連する学会発行の学術誌に公表するための準備を進めた。