スキーの雪面摩擦と雪粒子のミクロな結合力の関係

滑雪雪面摩擦力与雪粒微观结合力的关系

基本信息

批准号：
21K11448
负责人：
香川博之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Komatsu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K11448/
关键词：
スキー雪摩擦マイクロ負荷試験真実接触面積凝着力硬度

项目摘要

スキー滑走面と雪粒子のミクロな結合力を実験により調べるため開発したマイクロ負荷試験装置を使って実験を行っている。この装置は、雪粒子を固定した圧子を、２つのピエゾアクチュエータにより垂直および水平方向にPCで位置制御しながら、ガラス平板に接触させることができる。雪粒子を固定した圧子をガラス板に押し込むための並行平板構造は、ステンレス鋼薄板と３Dプリンタで造形した樹脂部品により作成していた。摩擦実験時の強度を確保するために、ステンレス鋼ブロックから放電ワイヤ加工により切り出し新たに作成し直した。また、真実接触面積を画像処理により簡便に評価できるようにシステムを改良した。低温実験室内に設置した装置の周辺を囲って冷却機からの風の影響を抑え、目標温度に合わせた保冷剤を敷き詰めることで、実験環境温度をさらに安定させることができた。マイクロ負荷試験は、雪粒子径、温度、負荷荷重を変えて行った。また、何も表面処理していないガラス板と、ワックス使用を想定し、表面をシリコンリムーバでふき取ったガラス板を用いて実験を行った。これらより、粒子径が小さいほど、表面エネルギーが大きいガラス板ほど、雪粒子とガラス表面の凝着力が大きくなることなどが明らかになった。また、接触時間（負荷作用時間）が長いほど、真実接触面積が大きくなり、凝着力も大きくなったが、凝着力を真実接触面積で除して求めた凝着応力は、実験条件ごとにほぼ同じになっていた。

使用微载测试装置进行实验，以通过实验研究滑雪表面和雪地颗粒之间的微耦合力。该设备允许将带有积雪颗粒的压痕与玻璃板接触，并由PC垂直和水平方向的两个压电执行器控制位置控制。用于推动凹痕的平行平板结构，用固定在玻璃板中的雪颗粒由薄薄的不锈钢板和用3D打印机形状的树脂零件制成。为了确保在摩擦实验中的强度，通过排放线切出不锈钢块并重新创建。此外，该系统已得到改进，因此可以通过图像处理轻松评估真正的接触区域。通过包围安装在低温实验室中的设备的外围，抑制了从冷却器中的风的影响，并铺设与目标温度相匹配的冰袋，可以进一步稳定实验环境温度。通过改变雪颗粒直径，温度和负载来进行微载测试。此外，假设使用了蜡，则使用未用任何表面和玻璃板处理的玻璃板进行了实验，该玻璃板被用任何表面和玻璃板处理，其表面被用硅去除。这些结果表明，粒径越小，玻璃板的表面能越高，雪颗粒和玻璃表面之间的粘附力就越大。此外，接触时间的时间越长（加载时间），真正的接触面积和粘附力越大，但是通过将粘附力除以实际接触面积而获得的粘附应力几乎相同。