接触面内伝播波動のその場観察によるスティック状態とスリップ状態の遷移現象の解明

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最終年度となる本年度では、本研究の目的である『摩擦のコントロール』に向けて,『静摩擦から動摩擦への遷移で生じる接触面ダイナミクスの可視化』および『多自由度すべり摩擦モデルを用いた数値シミュレーション』を行った.その結果,『内部ひずみの局所的解放による静摩擦係数の制御』という研究成果を得た.『静摩擦から動摩擦への遷移で生じる接触面ダイナミクスの可視化』では、昨年度までに設計・試作した接触面可視化システムを用いて、静摩擦から動摩擦への遷移の瞬間に生じるマイクロ秒ダイナミクスの可視化を行った.その結果,静摩擦から動摩擦への遷移に先立って発生する断続的な前兆すべりを可視化した.同前兆すべりは,巨視すべりに先行して発生する断続的な部分すべりであり,静摩擦の発現メカニズムと密接に関係することを明らかにした.次に,『多自由度すべり摩擦モデルを用いた数値シミュレーション』では,実験より得られた結果を基に,断続的な前兆すべりを取り扱う最もシンプルなモデルとして,多自由度すべり摩擦モデルを構築した.同モデルは,弾性体を直列に連結された質点とばねによりモデリングすることで,アクリル製のスライダ/ブロックに観察される接触面ダイナミクスをよく表現することができる.さらに本研究では,計算結果の質点数依存性を考慮して,Amundsenらにより拡張された多自由度すべり摩擦モデルを使用して,数値計算を行った.その結果,実効的な静摩擦係数μ_s^<eff>を支配する無次元パラメータを見出した.以上のように本研究では,摺動物体の形状や変形を通してバルクの変形を積極的に利用することにより,インターフェイスを変更することなく,実効的な摩擦力の制御が可能となることを示した.接触面ダイナミクスの可視化を中心に行ってきた本研究により,これまで不可能だった摩擦遷移現象の厳密なモデリングが可能になっただけでなく,すべり摩擦システムの設計指針において有用な知見を得ることができた.今後,接触面ダイナミクスの可視化を出発点として,トライボロジーにおける新たな研究展開が生まれることが期待される.