表面の接触解析
出典: finemems
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本論文では、表面凹凸を近似する四分円と剛体の接触のFEM解析を行った。 最も基本的な仮定に基づき、現実的な弾塑性変形を考慮した解析を行った。FEM解析の結果は実在表面の統計的記述と結び付けられ、超音波測定から得られた実験結果、GWモデル、CEBモデルから得られた計算結果と比較した。
モデル構造・メッシュ
図1は解析モデルのメッシュ図である。印加荷重に対する真実接触面積や開口高さは基本的な特性であり、多くのトライボロジー現象の理解のために必要不可欠である。解析は２次元軸対称で行い、剛体を上部から圧縮している。メッシュは９個のガウス積分点を有する８節点の要素と、４個のガウス積分点を有する６節点の要素で切り、凹凸の頂点部は詳細な解析のために細かく切った。荷重は節点の反作用力の合計で近似した。このモデルを利用して超弾性体の解析を行ったところ、ヘルツの接触理論と良好な一致を示した。本論文ではサンドブラスト表面に由来する半径R=30mm(降伏応力Y=400MPa)とR=153mm(Y=800MPa)の表面凹凸のモデルの解析を行った。
境界条件
物性条件
結果・評価・実験との比較
図2は真実接触面積と荷重の無次元量の関係を示している。与えられた荷重に対する真実接触面積を、GWモデルでは小さく見積もり、CEBモデルでは大きく見積もり、FEMモデルでは実験結果と良好な一致を示した。また、すべてのモデルにおいて関係はほぼ線形であることが確認された。FEMモデルでは与えられた荷重に対し真実接触面積を小さく見積もっているが、凹凸の相互作用を考慮すると未接合部がおそらく接触面積の増加につながり、理論と実際のずれは減少すると予想される。
マシン環境
文献情報，参考文献
S. Kucharski, T. Klimczak, A. Polijaniuk, J. Kaczmarek, "Finite-elements model for the contact of rough surfaces", Wear 177 (1994) 1-13
