| 研究課題/領域番号 |
20K04235
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
清水 淳 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40292479)
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| 研究分担者 |
周 立波 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (90235705)
小貫 哲平 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90375361)
山本 武幸 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 技術職員 (40396594)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 分子動力学 / 原子間ポテンシャル / 摩擦 / 接触試験 / 環境 / スクラッチ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
摩擦・摩耗・潤滑の解明には、分子シミュレーションの助けが必要であるが、そこでの原子間相互作用の記述に用いられる原子間ポテンシャルはバルク物性や第一原理計算で得られ、実用環境の考慮は不十分であるため、解析と実験との乖離は甚大である。本研究では、①分子動力学で必要な原子間ポテンシャルにナノ接触・摩擦実験結果を適用、②固体表面間を取り巻く雰囲気や表面膜の影響を包括的に考慮、③ポテンシャル制御で化学作用も考慮する新手法を開発し、それを複数のトライボ現象解析に適用する。そして、ナノ摩擦実験と分子動力学解析結果の比較を通じ両者間の隔たりを解消し、トライボ現象解明に有用な新解析手法の確立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
分子動力学によるすべり摩擦・摩耗や表面機械加工現象のシミュレーション結果と実機実験結果との間の乖離は，従来から問題となっている。その大きな原因として、大気や潤滑剤、物質の内部欠陥などを適切に考慮したシミュレーションが難しいことが挙げられる。本研究では、その克服を目指し、接触実験結果や文献調査の結果などから類推した原子間ポテンシャルを分子動力学モデルに導入する手法を提案した。単結晶の銅や亜鉛、シリコンに対するダイヤモンドによるすべり摩擦・摩耗や引っかき過程へのその応用を試みた結果、シミュレーションと実験との結果を定量的に比較できるレベルに歩み寄りを図れることが明らかになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
周囲環境や材料欠陥などを忠実に考慮した分子シミュレーションモデルを構築するには、第一原理分子動力学ないしそれに準じた方法を採用する必要があるが、扱える原子の数や計算容量の限界から、それを実際のすべり摩擦・摩耗や表面機械加工などの現象のシミュレーションに当てはめることは困難である。その問題を、接触実験結果や文献調査の結果などから類推した原子間ポテンシャルを分子動力学モデルに導入することにより解消する本試みは、学術的に新たな手法であり、その成果は多様な分野の発展に貢献し得るものである。
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