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単一突起とゴムの摩擦メカニズム解明に向けた有限要素シミュレーション
Publié en 2026
ゴム材料の摩擦特性は,接触界面における大変形や時間依存変形に強く影響される.そのため,ゴム摩擦を定量的に予測するには,超弾性および粘弾性を考慮し,摩擦中のゴムの力学応答を適切にモデル化することが重要である.一方,有限要素法による摩擦シミュレーションでは,ゴム材料の複雑な力学特性や接触界面で生じる摩擦特性を十分に表現できない場合があり,解析条件や構成則,界面に設定する摩擦則の選択によって計算結果が変化する. 本研究では,単一突起とゴム平面との摩擦接触を対象として,摩擦実験およびCOMSOL Multiphysicsを用いた有限要素解析を行った.構造力学モジュールを用いて,ゴムの超弾性および粘弾性特性を考慮した接触・摺動モデルを構築し,接触部近傍を細分化した有限要素メッシュにより,摺動に伴うゴム内部の変形および応力状態を解析した.解析では,突起の摺動に伴ってゴム内部に形成されるミーゼス応力分布などの力学状態を可視化するとともに,接触界面に生じる摩擦力を算出した.さらに,解析から得られた摩擦力と実験で計測した摩擦力を比較し,超弾性・粘弾性モデルならびに界面摩擦モデルの選択が摩擦力の予測結果に及ぼす影響を検討した.これらの結果から,有限要素解析によるゴム摩擦力予測の適用範囲と限界を整理し,ゴム摩擦のモデル化において考慮すべき力学的・界面的要因について検討する.
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