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

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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。