結合部の微小接触現象を考慮した非線形接触熱抵抗の評価法

考虑接头微接触现象的非线性接触热阻评估方法

• 批准号: 09875041
• 负责人: 清水 伸二
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875041/
• 关键词: 結合部; 接触熱抵抗; 真実接触面積; 超音波; 温度測定; 逆問題; 真空雰囲気; 熱伝導; 熱伝達

本年度は,結合部の伝熱機構と微小接触状態を同時に測定し,より正確に接触熱抵抗を評価できるシステムを試作し,それを用いて結合部の熱特性を評価した.接触熱抵抗を求めるためには,結合面での温度および熱流束を知らねばならないが,これらを実際に測定することはできない.そこで,結合面近傍の温度測定値から結合面での温度および熱流束を推定する方法を検討した.熱源が物体内に存在し,表面から熱が流出するときの物体内の温度勾配を指数関数で近似することにより,これらを推定することができる.その推定式の妥当性を確かめるために,有限要素法を用いた数値解析結果を用いて比較を行った結果,上流および下流からの推定熱流束が一致し,推定温度も解析値と一致することが確認できた.局所的な接触率は,超音波が接触している部分では透過し非接触部では反射する性質を利用して測定することができる.反射波高値に基づいて局所的な接触状態がわかるので,結合面を分割しセンサを走査させることにより,接触率および接触圧力の分布を測定することができる.実際の結合面においては,接触率は場所によって0〜5%程度のばらつきがあり,一様でないことが確認できた.一方,本システムでは,結合部に介在する空気の伝熱的影響を抑制するため,結合部近傍の真空度を制御できるようにした.真空引きを行った場合(4Pa)に比べ,常圧(105Pa)では上流側と下流側での推定熱流束の差が大きかった.これは結合部に介在する空気による熱損失の影響と考えられる.この結果より,測定においては雰囲気気体の影響を考慮する必要があると言える.本システムを用いて真実接触面積と接触熱抵抗の関係を求めた.研削仕上げした面粕さRa0.2の結合部においては,真実接触面積の増加にともない接触熱抵抗が反比例して低下することが確認された.これは,理論解析の結果と定性的に一致している.

今年，我们创建了一个原型系统，该系统同时测量了接头的传热机理和微接触状态，并使用它来评估关节的热电阻。为了确定接触耐热性，必须知道粘结表面的温度和热通量，但实际上不能测量这些温度和热通量。因此，我们研究了一种从粘结表面附近的温度测量值估算粘结表面的温度和热通量的方法。当对象中存在热源并从表面流出热量时。可以通过使用指数函数近似体内的温度梯度来估计这些功能。为了验证估计方程的有效性，我们使用有限元方法进行了数值分析结果进行了比较，并发现来自上游和下游的估计热通量与分析值一致。可以使用在非接触区域中接触超声波和反射的区域传播的特性来测量局部接触率。因此，基于反射波峰值的局部接触状态，可以通过将耦合表面划分并扫描传感器来测量接触率和接触压力的分布。在实际的耦合表面中，接触率从0到5％，具体取决于位置，并确认它不是均匀的。另一方面，在该系统中，可以控制耦合部分附近的真空水平以抑制耦合部分插入空气的传热效果。与真空拉动（4Pa）相比，在正常压力下（105pa），侧面的估计热通量的差异很大。这被认为是由接头插入的空气引起​​的热量损失的影响。从这个结果可以说，必须在测量中考虑大气气体的影响。使用此系统，我们确定了真实接触区域与接触热阻力之间的关系。已经证实，在地面李0.2的关节部分，接触耐热性随着真正的接触面积的增加而呈互惠率下降。这与理论分析的结果一致。

项目成果

清水伸二,玉置賢次,坂本治久: "結合部接触熱抵抗評価システムの試作" 1999年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 掲載予定. (1999)

Shinji Shimizu、Kenji Tamaki、Haruhisa Sakamoto：“关节接触热阻评估系统的原型”1999年日本精密工程学会春季会议学术会议记录（1999年）。