5. 関節軟骨平行断面の線維配向が潤滑特性に及ぼす影響
5.3. 解析結果
5.3.1 摩擦速度の影響
平行モデルおよび垂直モデルの起動摩擦係数,動摩擦係数,流体荷重分担比の摩擦速度に よる変化をFigs. 5-3,5-4に示す.両モデルにおいて摩擦速度の上昇に伴い流体荷重分担比 は上昇し,摩擦係数は低下した.平行モデルにおける起動摩擦係数の減少率は摩擦速度
0.1-10 mm/s間で8.3%であり,動摩擦係数の減少率は摩擦速度0.1-10 mm/s間で71.5%であった.
垂直モデルにおける起動摩擦係数の減少率は摩擦速度0.1-10 mm/s間で8.0 %であり,動摩 擦係数の減少率は摩擦速度0.1-10 mm/s間で69.9%であった.また,摩擦速度によらず起動 摩擦係数および動摩擦係数は垂直モデルと比較して平行モデルの方が低値を示した.動摩 擦係数は高速度時(10 mm/s)においてモデル間の差が最も大きくなり,その差は約7.5%だ った.また,平行モデルにおける起動時の流体荷重分担比の上昇率は,摩擦速度0.1-10 mm/s
で6.6%であり,摩擦終了時の流体荷重分担比の上昇率は摩擦速度0.1-10 mm/s間で29.4%で
あった.垂直モデルにおける起動時の流体荷重分担比の上昇率は,摩擦速度0.1-10 mm/sで
7.5%であり,摩擦終了時の流体荷重分担比の上昇率は摩擦速度0.1-10 mm/s間で38.3%であ
った.摩擦終了時の流体荷重分担比においても動摩擦係数と同様に高速度時にモデル間の 差が最も大きくなり,その差は約0.7%であった.
平行モデル 0.2090 0.1971 0.1917 垂直モデル 0.2099 0.1998 0.1931
0.1 mm/s 1.0 mm/s 10.0 mm/s
摩擦速度
Table 5-2 各摩擦速度での起動摩擦係数
Fig. 5-3 各摩擦速度での起動摩擦係数および動摩擦係数
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0.1 mm/s 1 mm/s 10 mm/s
摩擦係数
動摩擦係数 起動摩擦係数
平行モデル 垂直モデル
10.0 mm/s
63
平行モデル 70.75 84.72 91.55 垂直モデル 70.87 84.59 90.91
0.1 mm/s 1.0 mm/s 10.0 mm/s
摩擦速度
平行モデル 63.41 65.38 67.59 垂直モデル 63.24 67.09 67.97
0.1 mm/s 1.0 mm/s 10.0 mm/s
摩擦速度
平行モデル 0.1617 0.0798 0.0461 垂直モデル 0.1654 0.0811 0.0498
0.1 mm/s 1.0 mm/s 10.0 mm/s
摩擦速度
Table 5-3 各摩擦速度での動摩擦係数
Fig. 5-4 各摩擦速度での流体荷重分担比
Table 5-4 各摩擦速度での起動時の流体荷重分担比 [%]
Table 5-5 各摩擦速度での摩擦終了時の流体荷重分担比 [%]
60 70 80 90 100
0.1 mm/s 1 mm/s 10 mm/s
流体荷重分担比 [%]
平行モデル 垂直モデル
摩擦終了時 起動時
10.0 mm/s
64
5.3.2 接触面圧の影響
平行モデルおよび垂直モデルの起動摩擦係数,動摩擦係数,流体荷重分担比の接触面圧に よる変化をFigs. 5-5,5-6に示す.両モデルにおいて接触面圧の増大に伴い流体荷重分担比 は上昇し,摩擦係数は低下した.平行モデルにおける起動摩擦係数の減少率は12.2%であり,
動摩擦係数の減少率は17.7%であった.垂直モデルにおける起動摩擦係数の減少率は11.3%
であり,動摩擦係数の減少率は13.2%であった.また,接触面圧によらず起動摩擦係数およ び動摩擦係数は垂直モデルと比較して平行モデルの方が低値を示した.動摩擦係数は高接 触面圧時(0.48 MPa)においてモデル間の差が大きくなり,その差は約6.7%だった.また,
平行モデルにおける起動時の流体荷重分担比の上昇率は12.9%であり,摩擦終了時の流体荷 重分担比の上昇率は 3.3%であった.垂直モデルにおける起動時の流体荷重分担比の上昇率
は8.2%であり,摩擦終了時の流体荷重分担比の上昇率は3.1%であった.摩擦終了時の流体
荷重分担比も動摩擦係数と同様に高接触面圧時にモデル間の差が大きくなり,その差は約 0.4%であった.
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0.27 MPa 0.48 MPa
摩擦係数
0.27 MPa 0.48 MPa
動摩擦係数 起動摩擦係数
平行モデル 垂直モデル
平行モデル 0.1971 0.1730 垂直モデル 0.1998 0.1772
0.27 MPa 0.48 MPa
最大接触面圧
Table 5-6 各接触面圧での起動摩擦係数
Fig. 5-5 各接触面圧での起動摩擦係数および動摩擦係数
65
Table 5-7 各接触面圧での動摩擦係数
平行モデル 0.0798 0.0656 垂直モデル 0.0811 0.0703
0.27 MPa 0.48 MPa
最大接触面圧
Fig. 5-6 各接触面圧での流体荷重分担比
Table 5-8 各接触面圧での起動時の流体荷重分担比 [%]
平行モデル 65.38 73.82 垂直モデル 67.09 72.61
0.27 MPa 0.48 MPa
最大接触面圧
Table 5-9 各接触面圧での摩擦終了時の流体荷重分担比 [%]
平行モデル 84.72 87.53 垂直モデル 84.59 87.21
0.27 MPa 0.48 MPa
最大接触面圧
60 70 80 90 100
0.1 N 0.25 N
流体荷重分担比 [%]
平行モデル 垂直モデル
摩擦終了時 起動時
0.27 MPa 0.48 MPa
66