異種材料間結合部における接触剛性の理論的定式化に関する研究

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本研究は, 異種材料間結合部における接触剛性および真実接触面積の理論定式化とその推定法の提案を目的とする. 昨年度は, 推定法の基盤となる接触剛性の理論式の導出を行ったため, 今年度は, 表面形状特性データと材料物性値のみから, 理論式中のパラメータを推定する方法を検討した. さらには開発した実験装置と測定手法により, 提案手法の適用性および各特性パラメータの性質を明らかにすることも目的とした. 具体的には, 5種類の材料の研削加工を行い, その加工面を触針式粗さ測定機にて測定し, 得られた輪郭曲線データから, 各材料における表面の凸凹形状の違いおよびそれに対応した理論式の構築などを行った. その結果, 縦弾性係数が低い材料でも, 高荷重を負荷させなければ昨年度に提案した理論式が適用できることが判明した. しかしながら, 研削痕が残りやすい材料および弾性変形のみならず塑性変形を生じる材料については, 既存の理論式を拡張する必要があることが判明した. したがって提案した理論式の拡張および塑性変形を考慮した理論式の提案を新たに行い, これらを基に各パラメータの同定, および得られた同定値と実験値との比較考察を行った. その結果, 接触剛性に関しては, 表面におけるある特定の粗さ波長が, 最も接触剛性に寄与していることが確認され, 接触剛性の値を支配していることがわかった.本研究は, 結合部単位接触ばね剛性の理論定式化, およびこれらを様々な材料の組み合わせに対応できるようにするため, 結合面単位ばね剛性の定式化を行い, さらに定式化した理論の実用性を考慮して, 理論と実験の双方から検討しているところが意義深いと考える. このような検討は, 今日の機械設計における剛性設計の進化と安全性において必要だと考える.