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[解析事例] 高分子-固体界面の摩擦

事例カテゴリ
COGNAC、VSOP

ミクロスケールでの摩擦現象の解析

目的と手法

アモルファスのポリエチレン(PE)とグラファイト壁との摩擦の計算を全原子分子動力学(Full-atomistic MD)により行いました。
図1にモデルの概要を示します。界面モデルの作成にはJ-OCTAのシステムモデラを使用しました。なお、炭素を白で、水素を青で描画しています。また、XとY方向は周期境界としました。Z方向は緩和計算時は反射境界とし、緩和後はPE上部の原子を固定し、境界条件なしとしました。なお温度は100Kとし、ガラス状態のPEを表現しています。
グラファイト壁は、壁全体を界面に水平な方向(X方向)に向かって一定速度で移動させました。移動速度は2.5m/としました。

PEとグラファイト壁の界面モデル 図1. PEとグラファイト壁の界面モデル

解析結果

図2にグラファイト壁の表面原子にかかる、界面に水平な方向のストレスを示します。なお、壁の移動方向に対して反対の方向のストレスを正としています。また、平均値を点線で表しています。
なお、以上の計算により得られた壁に水平及び垂直方向へのストレスを用いて、ミクロスケールにおける摩擦係数が求められます。

壁表面における界面に水平方向の応力の時間変化 図2. 壁表面における界面に水平方向の応力の時間変化

  • ●参考文献
  • [1] A. P. Awasthi, D. C. Langoudas and D. C. Hammerand, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 17 (2009) 015002

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