現物モデリングによる実験・計測融合マルチレベルトライボロジーシミュレータの開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25220901
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮本 明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50093076)
• 研究分担者: 畠山 望 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (50312666) ; 鈴木 愛 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (40463781) ; 三浦 隆治 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (00570897)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: トライボロジー / シミュレーション工学 / 表面・界面物性

研究実績の概要

量子論に基づいてミクロとメソ、マクロスケールを繋ぐ「マルチスケールトライボロジーシミュレータ」を世界に先駆けて開発してきたが、最近はトライボロジー分野の機器分析、計測試験方法が飛躍的に進歩してきており、実験と理論・計算で進捗が相互に反映されづらく、十分な協奏・シナジー効果を発揮できていなかった。そこで本研究では、これまで個別に進められてきた実験的手法と理論的・計算化学的手法を融合した「実験融合マルチレベル計算化学手法」を、これも世界に先駆けてトライボロジー分野において実現し、次世代自動車、医療機器など社会の期待が大きい技術に応用して、その有用性を実証した。さらに実験・計測そのものをマルチレベルでリアルにシミュレーションするシームレスシミュレータの開発と合わせて、トライボロジーに関わる研究開発手法を飛躍的に革新した。
１．実験的な構造解析で使用される各種トライボロジー計測手法と、超高速化量子分子動力学法に基づくマルチスケール・マルチフィジックス手法を併用しつつ、新たに人工知能技術を融合させることで、モデリングと計算の速度と精度を高め、より複雑な系への応用を実現した。
２．原子レベルからの積み上げによるトライボ計測・トライボ試験結果予測手法を開発し、マルチスケール・マルチフィジックス計算化学手法による各種シミュレータとのリンクを進めるとともに、実際のトライボ部品・トライボ機器に関するシミュレータを高速・高精度に実現した。
３．ミクロからマクロまでシームレスに可視化するヒューマンインターフェイスを開発し、実際の実験研究者がシミュレーションを容易に使用できる環境を実現した。
４．国内外の多くの実験研究者との連携を進め、開発シミュレータの有効性の検証と課題抽出を行った。さらに幅広い実験研究者との連携を進めており、例えばスノースポーツ、原子力など多様な分野の企業・大学等との共同研究を推進した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] LTDS, EC Lyon/TOTAL(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LTDS, EC Lyon/TOTAL
• [雑誌論文] A portable post-processed kinematic GNSS receiver for advanced ski measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Miyamoto, Tatsuo Morimoto, Satoshi Mori, Tetsu Miura, Kotaro Okushi, Patrick A. Bonnaud, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Nozomu Hatakeyama, Akihiro Isomura, Akira Miyamoto, Masanori Hariyama
  • 雑誌名: Science and Skiing VII 巻: 7 ページ: 386-393
• [雑誌論文] Accurate temperature measurement of interface between ski and snow surface for friction heating evaluation (2018)
  • 著者名/発表者名: Junnosuke Okajima, Takahiro Okabe, Naoto Miyamoto, Tatsuo Morimoto, Nozomu Hatakeyama, Kazuhiko Tsunoda, Tsutomu Sasaki, Kenji Kosugi, Katsumi Ito, Masatoshi Suzuki, Tetsuo Shoji, Shigenao Maruyama, Akira Miyamoto, Akihiro Isomura
  • 雑誌名: Science and Skiing VII 巻: 7 ページ: 394-400
• [雑誌論文] Graphene-based ordered framework with a diverse range of carbon polygons formed in zeolite nanochannels (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirotomo Nishihara, Hiroyuki Fujimoto, Hiroyuki Itoi, Keita Nomura, Hideki Tanaka, Minoru T. Miyahara, Patrick A. Bonnaud, Ryuji Miura, Ai Suzuki, Naoto Miyamoto, Nozomu Hatakeyama, Akira Miyamoto, Kazutaka Ikeda, Toshiya Otomo, and Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Carbon 巻: 129 ページ: 854-862
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2017.12.055
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] スキーワックス開発を高度化する計算化学と高精度計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畠山 望，岡島淳之介，岡部孝裕，宮本直人
  • 雑誌名: 化学工学82巻2号 巻: 82 ページ: 70-73
• [雑誌論文] なじみ・焼付きを解析可能なメソトライボロジーシミュレータの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大串巧太郎，三浦隆治，鈴木 愛，畠山 望，宮本 明
  • 雑誌名: 自動車技術71巻11号 巻: 71 ページ: 83-88
• [学会発表] 計算化学手法に基づくスキーワックスの開発と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 畠山 望，宮本直人
  • 学会等名: 日本化学会R&D懇話会195回定例会“化学とスポーツ：競技者を支える材料開発”
  • 招待講演
• [学会発表] The Analysis of Ski Friction using Kinematic GNSS (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Miyamoto, T. Morimoro, K. Okushi, R. Miura, A. Suzuki, N. Hatakeyama, A. Miyamoto
  • 学会等名: 22th Annual Congress of the European College of Sport Science
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation of Initial Comformability and Seizure on Tribo-Test Machine (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Okushi, P. Bonnau, R. Miura, A. Suzuki, N. Miyamoto, N. Hatakeyama, A. Miyamoto and T. Hond
  • 学会等名: 6th World Tribology Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 携帯型キネマティックGNSS ロガーの開発とノイズ対策 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本直人，森本達郎，三浦隆治，鈴木愛，畠山望，宮本明，張山昌論
  • 学会等名: 平成29年度測位航法学会全国大会
• [学会発表] 携帯型GNSS の測位精度比較 -静的測位解析を用いた測位誤差分布の計測- (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本直人，竹田正樹，森本達郎，大串巧太郎，三浦隆治，鈴木愛，畠山望，宮本明，張山昌論，Lindinger Stefan
  • 学会等名: 第28回冬季スポーツ科学フォーラム
• [図書] 数値解析と表面分析によるトライボロジー現象の解明とその制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畠山 望，大串巧太郎，三浦隆治，鈴木 愛，宮本 明
  • 総ページ数: 1192
  • 出版者: テクノシステム
  • ISBN: 987-4-924728-80-6C3050
• [備考] 東北大学宮本研究室
  • URL: http://aki.niche.tohoku.ac.jp