Theory of physical properties of friction in macroscopic objects by continuum analysis

通过连续介质分析研究宏观物体摩擦物理性质的理论

• 批准号: 22KJ2190
• 负责人: 岩下 航
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2190/
• 关键词: 摩擦; 前駆滑り; 粘弾性体; 有限要素シミュレーション; トライボロジー

本年度は、マクロ系での摩擦予測・制御を可能にするために2つの課題に取り組み、連続体解析に基づいた静摩擦の理論を導いた。まず、1つ目の課題として、静摩擦係数の直方粘弾性体の形状・圧力依存性を調べた。有限要素シミュレーションにより静摩擦係数の系の形状・圧力に依存することを示した後に、静摩擦係数がバルク滑りの前に発生する前駆滑りの領域面積の臨界値と相関することを確認した。さらに、前駆滑りの伝搬について理論モデルの解析を行い、前駆滑りの臨界面積と静摩擦係数の直方粘弾性体の形状・圧力依存性を明らかにした。この成果については国際学会での発表を行い、投稿論文も出版されている。次に2つ目の課題として、1つ目の課題の成果を実際の摩擦制御への応用につなげるために、設計の自由度がより高い、縦溝付き粘弾性体の静摩擦の形状依存性を調べた。有限要素シミュレーションにより、溝の幅が大きく、溝が深いほど静摩擦係数が減少することを明らかにした。また、1つ目の課題と同様に静摩擦係数が前駆滑りの挙動と相関することを明らかにした。さらに、理論モデルの解析により、溝によって実効的な粘性が減少することが静摩擦係数の減少の原因であることを明らかにした。従来は溝設計による潤滑特性の制御に着目されてきたが、潤滑がない場合にも溝が摩擦特性に影響することを明らかにした本研究の結果は、靴底やタイヤなどの最適な溝設計への寄与が期待される。この内容について現在論文を作成中であり投稿間近である。

今年，我们研究了两个问题，以实现宏观系统中的摩擦预测和控制，并开发了基于连续介质分析的静摩擦理论。首先，我们研究了静摩擦系数对矩形粘弹性体的形状和压力的依赖性。通过有限元模拟表明静摩擦系数取决于系统的形状和压力后，我们确认静摩擦系数与体滑移之前发生的前体滑移区域的面积临界值相关。此外，还分析了前体滑移传播的理论模型，阐明了前体滑移临界面积和静摩擦系数对矩形粘弹性体形状和压力的依赖性。这些成果已在国际会议上发表，提交的论文也已发表。接下来，作为第二个问题，为了将第一个问题的结果应用于实际的摩擦控制，我们研究了设计自由度较高的纵向凹槽粘弹性体的静摩擦的形状依赖性。它。有限元模拟表明，槽宽越大、槽深越深，静摩擦系数越低。此外，与第一个问题类似，表明静摩擦系数与前体滑移的行为相关。此外，理论模型分析表明，静摩擦系数的降低是由于凹槽降低了有效粘度。传统上，人们的注意力集中在通过沟槽设计来控制润滑特性，但这项研究的结果表明，即使在没有润滑的情况下，沟槽也会影响摩擦特性，这表明鞋底、轮胎等的最佳沟槽设计。预计这将有助于我目前正在写一篇关于这个主题的论文，很快就会提交。

项目成果

Breakdown of Amontons’ law due to precursor slip in 3D viscoelastic object

3D 粘弹性物体中前体滑移导致阿蒙顿定律失效

• 发表时间: 2022
• 作者: Iwashita Wataru;Matsukawa Hiroshi;Otsuki Michio
• 通讯作者: Otsuki Michio

摩擦界面の形状に対する静摩擦係数の依存性

静摩擦系数对摩擦界面形状的依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: 岩下 航;松川 宏;大槻 道夫
• 通讯作者: 大槻 道夫

Static friction coefficient depends on the external pressure and block shape due to precursor slip

静摩擦系数取决于外部压力和由于前体滑移而产生的块形状

• DOI: 10.1038/s41598-023-29764-w
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 4.6
• 作者: Iwashita Wataru;Matsukawa Hiroshi;Otsuki Michio
• 通讯作者: Otsuki Michio

How do 3D viscoelastic objects begin to slide? - Relation between precursor slip and friction coefficient -

3D 粘弹性物体如何开始滑动？

• 发表时间: 2022
• 作者: Iwashita Wataru;Matsukawa Hiroshi;Otsuki Michio
• 通讯作者: Otsuki Michio

Effect of Drop Volume on Friction Force between Sliding Water Drop and Tilting Surface

水滴体积对滑动水滴与倾斜表面摩擦力的影响

• DOI: 10.18914/tribologist.22-00021
• 发表时间: 2023
• 作者: 柳澤 憲史;斎藤 千夏;岩下 航;奥村 紀浩
• 通讯作者: 奥村 紀浩