トライボロジー損傷の生成機構に及ぼす熱衝撃の影響

• 研究課題/領域番号: 06650095
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 五嶋 孝仁 富山大学, 工学部, 教授 (80109107)
• 研究分担者: 石原 外美 富山大学, 工学部, 助教授 (60019221)
• 研究期間 (年度): 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 1994年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
• キーワード: トライボロジー損傷 / 熱衝撃転がり接触 / 応力拡大係数 / き裂進展 / 屈折き裂 / 転がり接触 / 摩擦熱 / 破壊力学

研究概要

摩擦熱を伴う繰り返し熱衝撃転がり接触を受けるときの疲労き裂の進展成長を破壊力学的に解析し、トライボロジー損傷に至るまでのき裂進展プロセスを数値シュミュレーションによって明らかに次の成果が得られた。
1.上記のき裂進展プロセスを定量的に評価するための数値シュミュレーションプログラムを完成した。
2.加熱が比較的小さい場合には、転がり進行方向に表面から約25°〜45°の方向の傾斜型表面き裂が発生するが、加熱が大きく熱衝撃のような場合には、表面に垂直なき裂が発生する。
3.表面傾斜型き裂の進展に関しては、摩擦係数が小さい場合にはせん断モードの進展が支配的となり、最初はき裂線方向にまっすぐ進展するが、ある長さまでき裂が成長した後、き裂は転がり方向に屈折し始め、表面に平行な水平方向へと進展する。また、摩擦係数が大きい場合には引張りとせん断の混合モードの進展により深さ方向にき裂は屈折進展する。
4.表面垂直型き裂の進展に関しては、垂直方向にそのまません断モードで進展するが、ある長さになると転がり進行方向に少し傾いた方向に混合モードで屈折進展する。
5.表面傾斜型、垂直型、いずれの場合も、この屈折後のき裂進展速度は、次第に大きくなりある応力拡大係数を越えると進展速度が無限に大きくなる。これより破壊靱性値を数値的に推定することも可能である。
今回はスポーリングやピッチング、スコーリング等といった最終的トライボロジー損傷までの定量的評価はできなかったが、今後は具体的なトライボロジー損傷までも含めた数値シュミュレーションを行なう予定である。