JP2011039004A - 磨耗現象解析システム及び磨耗現象解析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磨耗現象解析システム10は、材料界面をモデル化するモデル生成部21と金属粉の挙動のシミュレートするシミュレーション部22を備えている、また、シミュレーション部22は、各セル7の酸化率を決定する酸化率決定部31、各セル7の剥離判定を実行する剥離判定部32、剥離したセル7の移動先を決定する移動先決定部33、及び、インデント部4とプレート部5との間の接触電気抵抗を算出する接触電気抵抗算出部34を備えている。
【選択図】図4
Description
本発明の第1の態様にかかる磨耗現象解析システムは、コンピュータを使用して、複数の金属部材間の接触によって生ずる前記金属部材の表面近傍から剥離された金属粉の挙動をシミュレートすることにより、前記金属部材の材料界面における磨耗現象を解析する磨耗現象解析システムであって、前記複数の金属部材の材料界面を含む解析領域を前記金属粉の解析単位となる大きさの複数のセルに分割して、分割した各前記セルに当該セル部分に対応する材質を割り当てるモデル生成手段と、前記各セルの位置と割り当てられた前記材質から決定される材料特性に基づいて、前記各セルの酸化率及び剥離確率を算出し、算出した剥離確率に基づいて剥離対象と判定された前記セルに対応付けられる前記金属部材及び前記金属粉の剥離された移送後の位置を移動確率に基づいて決定し、決定した移動後と移動前に対応する位置の前記セルの前記材質を再度割り当てることにより、前記金属粉の挙動をシミュレートするシミュレート手段と、を備え、剥離によって発生した前記金属粉の挙動と当該金属粉の酸化率とに基づいて磨耗現象を解析することを特徴とする。尚、本明細書において、金属部材及び金属粉とは、酸化率が0%〜100%の範囲であるものを包含するものとして定義する。
(実施例1)
本発明の一実施形態にかかる磨耗現象解析システム10を利用して、図1(a)及び(b)に示したコネクタ接続端子1におけるフレッティング現象について、接触電気抵抗の時間履歴を解析した。実施例1では、解析に使用したネクタ接続端子1において、インデント部4の導電性基体4a及びプレート部5の導電性基体5aの材質は共に銅とし、インデント部4のメッキ層4b及びプレート部5のメッキ層5bの材質は共に錫とした。また、インデント部4のメッキ層4b及びプレート部5のメッキ層5bの厚さは共に0.5μmとした。また、インデント部4の断面の形状は、直径が1mmの半円形状とした。また、酸化した錫の分子構造は、実際にはSnO2とSnOの混合と考えられるが、本実施例ではSnO2が100%であるとして計算した。また、各セル7のサイズは1辺が50nmの正方形とした。また、接触力Fを3Nとし、摺動距離を30μmとした。
実施例2では、メッキ層(メッキ層4b及びメッキ層5b)の厚さを薄く(0.25μm)した条件以外、実施例1と同様の条件で、摺動回数(計算回数)に伴う接触電気抵抗を算出した。図14は、摺動回数に伴う接触電気抵抗の算出結果のみを示した図である。
実施例3では、メッキ層(メッキ層4b及びメッキ層5b)の材質を剥がれ難い材質(CuSn)にした条件以外、実施例1と同様の条件で、摺動回数(計算回数)に伴う接触電気抵抗を算出した。図15は、摺動回数に伴う接触電気抵抗の算出結果のみを示した図である。
2 : メス端子
3 : オス端子
4、4’、4” : インデント部
5 : プレート部
4a、5a : 導電性基体
4b、5b : メッキ層
6 : 解析領域部
7 : セル
7a : 対象セル
7b : 周囲セル
10 : 磨耗現象解析システム
21 : モデル生成部
22 : シミュレーション部
31 : 酸化率決定部
32 : 剥離判定部
33 : 移動先決定部
34 : 接触電気抵抗算出部
35 : 出力部
27 : 構成条件・設定条件記憶部
28 : 解析データ記憶部
Claims (10)
- コンピュータを使用して、複数の金属部材間の接触によって生ずる前記金属部材の表面近傍から剥離された金属粉の挙動をシミュレートすることにより、前記金属部材の材料界面における磨耗現象を解析する磨耗現象解析システムであって、
前記複数の金属部材の材料界面を含む解析領域を前記金属粉の解析単位となる大きさの複数のセルに分割して、分割した各前記セルに当該セル部分に対応する材質を割り当てるモデル生成手段と、
前記各セルの位置と割り当てられた前記材質から決定される材料特性に基づいて、前記各セルの酸化率及び剥離確率を算出し、算出した剥離確率に基づいて剥離対象と判定された前記セルに対応付けられる前記金属部材及び前記金属粉の剥離された移送後の位置を移動確率に基づいて決定し、決定した移動後と移動前に対応する位置の前記セルの前記材質を再度割り当てることにより、前記金属粉の挙動をシミュレートするシミュレート手段と、
を備え、
剥離によって発生した前記金属粉の挙動と当該金属粉の酸化率とに基づいて磨耗現象を解析することを特徴とする磨耗現象解析システム。 - 前記モデル生成手段は、前記複数の金属部材の材料界面を含む前記複数の金属部材の特徴に基づいて予め設定した解析領域を、前記複数の金属部材の特徴に基づいて予め設定した大きさ及び形状の複数の前記セルに分割し、分割した前記各セルの位置に対応付けて、複数の前記金属部材、複数の前記金属部材から発生した前記金属粉、及び空気のいずれかを材質として、前記セル毎に割り当てることを特徴とし、
前記シミュレート手段は、
前記各セルの位置と前記各セルに割り当てた前記材質とよって決定される材料特性を用いた酸化ルールに基づいて、前記セル毎に、前記セルの位置に対応付けられた前記金属部材及び前記金属粉の酸化率を決定する酸化率決定手段と、
複数の前記金属部材の前記セルを対象として、当該各セルの位置と当該各セルに割り当てた材質とによって決定される材料特性と剥離確率とを用いた剥離ルールに基づいて、当該セル毎に、当該セルの位置に対応付けられた前記金属部材が剥離するための条件を満たしているか否かを判定する剥離判定手段と、
前記剥離判定手段によって剥離するための条件を満たした剥離対象となる前記金属部材に対応する前記セル及び前記金属粉に対応する前記セルを対象として、当該セルの位置と前記移動確率による移動ルールを利用して、対象となる移動前の前記セルに対応付けられた剥離対象となる当該金属部材及び当該金属粉の移動後に対応する前記セルの位置を決定し、当該金属部材及び当該金属粉の移動前と移動後に対応する前記セルに前記材質を再度割り当てる移動先決定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の磨耗現象解析システム。 - 前記酸化ルールは、酸化率の決定対象となる対象セルに対する前記対象セルの周囲の複数の周囲セルの相対的な位置、及び当該複数の周囲セルに割り当てられた前記材質とに基づいて、前記対象セルの酸化率の増加量を算出することを特徴とする請求項2に記載の磨耗現象解析システム。
- 前記剥離ルールは、剥離判定の対象となる判定対象セルにかかる応力、及び、前記判定対象セルと前記判定対象セルの周囲の複数の周囲セルとの結合力である剥離耐力をパラメータとしたワイブル統計の累積故障率を利用して、前記判定対象セルの剥離判定を行うことを特徴とする請求項2に記載の磨耗現象解析システム。
- 前記シミュレート手段は、前記セルに割り当てられた前記材質と前記材質に対応付けられた体積電気抵抗値とに基づいて、前記複数の金属部材間の接触電気抵抗を算出する接触電気抵抗手段を、更に備え、
発生した前記金属粉に対応付けられる前記セルの位置に基づいて当該金属粉の挙動をシミュレートし、算出された前記接触電気抵抗と当該金属粉の挙動と当該金属粉の酸化率とに基づいて前記金属部材の材料界面における磨耗現象の1つであるフレッティング現象を解析することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の磨耗現象解析システム。 - コンピュータを使用して、複数の金属部材間の接触によって生ずる前記金属部材の表面近傍から剥離された金属粉の挙動をシミュレートすることにより、前記金属部材の材料界面における磨耗現象を解析する磨耗現象解析方法であって、
(a)前記複数の金属部材の材料界面を含む解析領域を前記金属粉の解析単位となる大きさの複数のセルに分割して、分割した各前記セルに当該セル部分に対応する材質を割り当てる工程と、
(b)前記各セルの位置と割り当てられた前記材質から決定される材料特性に基づいて、前記各セルの酸化率及び剥離確率を算出し、算出した剥離確率に基づいて剥離対象と判定された前記セルに対応付けられる前記金属部材及び前記金属粉の剥離された移送後の位置を移動確率に基づいて決定し、決定した移動後と移動前に対応する位置の前記セルの前記材質を再度割り当てることにより、前記金属粉の挙動をシミュレートする工程と、
を備え、
剥離によって発生した前記金属粉の挙動と当該金属粉の酸化率とに基づいて磨耗現象を解析することを特徴とする磨耗現象解析方法。 - 前記工程(a)は、前記複数の金属部材の材料界面を含む前記複数の金属部材の特徴に基づいて予め設定した解析領域を、前記複数の金属部材の特徴に基づいて予め設定した大きさ及び形状の複数の前記セルに分割し、分割した前記各セルの位置に対応付けて、複数の前記金属部材、複数の前記金属部材から発生した前記金属粉、及び空気のいずれかを材質として、前記セル毎に割り当てることを特徴とし、
前記工程(b)は、
(b1)前記工程(a)により分割された前記各セルの位置と前記各セルに割り当てた前記材質とよって決定される材料特性を用いた酸化ルールに基づいて、前記セル毎に、前記セルの位置に対応付けられた前記金属部材及び前記金属粉の酸化率を決定する工程と、
(b2)複数の前記金属部材の前記セルを対象として、当該各セルの位置と当該各セルに割り当てた材質とによって決定される材料特性と剥離確率とを用いた剥離ルールに基づいて、当該セル毎に、当該セルの位置に対応付けられた前記金属部材が剥離するための条件を満たしているか否かを判定する工程と、
(b3)前記工程(b2)によって剥離するための条件を満たした剥離対象となる前記金属部材に対応する前記セル及び前記金属粉に対応する前記セルを対象として、当該セルの位置と前記移動確率による移動ルールを利用して、対象となる移動前の前記セルに対応付けられた剥離対象となる当該金属部材及び当該金属粉の移動後に対応する前記セルの位置を決定し、当該金属部材及び当該金属粉の移動前と移動後に対応する前記セルに前記材質を再度割り当てる工程と、
(b4)前記工程(a)及び前記工程(b)において得られた各種情報、並びに、予め設定した各種設定値のうちの所望の情報を出力する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項6に記載の磨耗現象解析方法。 - 前記酸化ルールは、酸化率の決定対象となる対象セルに対する前記対象セルの周囲の複数の周囲セルの相対的な位置、及び当該複数の周囲セルに割り当てられた前記材質とに基づいて、前記対象セルの酸化率の増加量を算出することを特徴とする請求項7に記載の磨耗現象解析方法。
- 前記剥離ルールは、剥離判定の対象となる判定対象セルにかかる応力、及び、前記判定対象セルと前記判定対象セルの周囲の複数の周囲セルとの結合力である剥離耐力をパラメータとしたワイブル統計の累積故障率を利用して、前記判定対象セルの剥離判定を行うことを特徴とする請求項7に記載の磨耗現象解析方法。
- 前記工程(b)は、(c)前記セルに割り当てられた前記材質と前記材質に対応付けられた体積電気抵抗値とに基づいて、前記複数の金属部材間の接触電気抵抗を算出する工程を、前記工程(b4)の前に備え、
発生した前記金属粉に対応付けられる前記セルの位置に基づいて当該金属粉の挙動をシミュレートし、算出された前記接触電気抵抗と当該金属粉の挙動と当該金属粉の酸化率とに基づいて前記金属部材の材料界面における磨耗現象の1つであるフレッティング現象を解析することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の磨耗現象解析方法。
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JP2007225573A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Mitsuboshi Belting Ltd | 解析装置、解析方法及びプログラム |
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