현재 교통인구 비중에 큰 비중을 차지하고 있는 철도 차량은 기술의 발전으로 인한 고속화에 성공하여 300km/h대의 속도를 달성하기에 이르렀다. 열차가 고속화됨으로 인하여 열차 주행시 운동에너지가 더욱 커졌고 이를 소산하기 위한 제동 역시 더욱 중요하게 되었다. 열차의 제동시 중요한 점은 wheel의 skidding을 방지함으로 wheel의 편마멸을 줄이는 것이며 이를 위해선 제동장치의 설계시 wheel과 rail간의 점착현상의 이해가 필수적이다. 제동력이 점착력보다 클 경우는 skidding이 발생하며 제동력이 점착력보다 작은 경우는 충분한 제덩을 하지 못한다는 것을 의미한다. 그러므로 열차의 제동장치를 설계함에 있어서 점착계수는 필수적인 요소가 되었으며 미국, 일본, 독일 등의 선진 각국에서는 점착계수를 측정하여 그 특성을 파악하려는 실험이 실험실 및 실차 차원에서 많이 행하여졌다. 각각 다른 접척조건, 속도 등에 따른 실험이 진행되어 왔으나 각 연구의 결과는 조금씩 다른 결향을 나타내었고, 점착현상에 관한 물리적인 설명은 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 wheel과 rail의 접촉인 경우에 있어 점착현상의 변화를 속도, 하중, 접촉조건에 따른다고 보고 점착현상의 특성을 각각 sliding, pure rolling실험을 통해 파악하고 기타 참고문헌에서 발표된 점착계수와 비교하여 물리적으로 이해하고자 하였다.
Fretting occurs wherever short amplitude reciprocating sliding between contacting surfaces is sustained for a large number of cycles. The fundamental characteristic of fretting is the very small amplitude of sliding and combination of different wear mechanism. Predicting wear is important to enhance reliability of the parts. The objective of this paper is to predict fretting wear by using a contact analysis considering wear process. This construction will give us important information to know a property of fretting wear.
Nonlinear dynamic characteristics of rubbing phenomenon in rotor dynamics are investigated experimentally and numerically. Rubbing phenomenon occurs when rotor contacts with stator during whirling and causes the large amplitude of vibration, high whirl frequencies, and possibly catastrophic failure. Rubbing has various types of forward whirl, backward rolling, backward slipping, and partial rub depending on the system parameters of rotating machinery and running speed. Experiments are performed for forward whirl and backward whirl. And numerical analysis are conducted to explain the changes between backward rolling and backward slipping. Experimental and numerical results show that the types of whirling motion depends on the friction coefficient between rotor and stator and the eccentricity of rotor.
고온, 고속의 가혹한 조건하에서 윤활유의 열분해시 생성되는 수소의 발열반응에 의한 이차적인 열활성화 에너지에 기인되어 금속의 마멸현상을 가속화시키는 열활성화이론을 기본으로 하여 수소의 영향을 제거 혹은 감소시키기 위해 새로운 첨가제인 diethyl-3,5-di-t-butyl-4-hydroxy benzyl phosphonate(DEP)을 합성하였다. Termal degrading 실험과 열역학적 고찰을 통하여 합성첨가제인 DEP가 hydrogen scavenger로서의 작용 가능성을 확인하였다.
본 연구는 직경 45 nm인 원통형 나노동공을 가진 산화알루미늄(AAO) 박막에 오일을 함침시켰을때 동점도가 마찰 마멸에 미치는 영향을 규명하고자 실시하였다. 양극산화법으로 제조한 AAO 박막을 직경 1 mm의 440C 스테인리스 강구를 상대재로 하여 왕복동 미끄럼 접촉시험을 실시하였다. 마찰면과 마멸입자는 주사전자현미경과 에닥스(Energy-dispersive X-ray)를 이용해 분석하였다. 높은 동점도 오일의 윤활효과가 저점도 오일에 비해 크게 향상되었다. 동점도가 낮은 경우엔 모든 하중조건에서 심한 마찰흔적과 함께 두꺼운 소성변형층이 넓게 형성되었으며 경계윤활막의 손상으로 접촉면에 물질전이와 화학적 반응 현상이 모두 발생하였다. 오일의 점도가 높은 경우 마찰면에 존재하는 경계윤활막이 파괴되지 않아 마찰흔적과 소성변형층의 형성이 매우 적었으며 물질전이와 화학적 반응이 방지되었다.
In friction and wear tests that use friction force microscopy (FFM), the wear debris transfer to the tip apex that changes tip radius is a crucial issue that influences the friction and wear performances of films and coatings with nanoscale thicknesses. In this study, FFM tests are performed for bilayer $MoS_2$ film to obtain a better understanding of how geometrical and chemical changes of tip apex influence the friction and wear properties of nanoscale molecular layers. The critical load can be estimated from the test results based on the clear distinction of the failure area. Scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy are employed to measure and observe the geometrical and chemical changes of the tip apex. Under normal loads lower than 1000 nN, the reuse of tips enhances the friction and wear performance at the tip-sample interface as the contact pair changes with the increase of tip radius. Therefore, the reduction of contact pressure due to the increase of tip radius by the transfer of $MoS_2$ or Mo-dominant wear debris and the change of contact pairs from diamond/$MoS_2$ to partial $MoS_2$ or Mo/$MoS_2$ can explain the critical load increase that results from tip reuse. We suggest that the wear debris transfer to the tip apex should be considered when used tips are repeatedly employed to identify the tribological properties of ultra-thin films using FFM.
마이크로 기술을 대변하는 Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS)와 반도체, 각종 micro-sensor 및 actuator 등은 실리콘 위에 박막 코팅한 재료를 주로 사용하고 있다. 따라서 1 Um 이하의 박막코팅에 의해 원하는 성능을 얻으려는 시도가 널리 진행되고 있다 Hard Disk Drive (HDD)의 Head-Disk Interface (HDI)와 MEMS 접촉면에서는 발생하는 마찰 및 마멸에 대한 문제 등은 중요한 고려대상이다. 특히 코팅 층의 표면 파손 현상은 코팅 층의 파손 특성과 코팅 층과 기판 사이의 결합상태가 큰 영향을 미친다.(중략)
It has been well established that resistant force and wear that occur during rolling motion depend on several factors such as material type, hardness, subsurface microstructure, applied load, and speed. The purpose of this work is to investigate the effect of microstructure and the state of deformed layer on the rolling contact characteristics in dry and lubricated rolling contacts. The results of this work show that the rolling resistance behavior depends on the state of the deformed layer. Also, lubrication can reduce the plastic flow at the surface but may still have an effect on the subsurface strain. The cross-sectional view of the microstructure shows that surface traction has a difinite effect on the morphology of the surface region. That is, significant slip seems to have taken place between the ball than those of the dry rolling case. The surface generation effects were significantly less compared to the case of dry rolling contact.
접촉하는 두 물체 사이의 접합부에서는 국북적인 응력집중현상이 발생하여 기계 구조물의 마멸이나 파손의 직접적인 원인이 된다. 기존의 방법들은 복잡한 수식 처리와 반복 계산 때문에 접촉특성에 따라서 해석하기에 어려움이 많았다. 본 논문에서는 마찰이 있는 접촉문제를 반복계산 없이 효과적으로 해석하기 위해서 선형상보성 접촉조건과 가상일의 원리로부터 접촉요소를 개발하여 이를 사용한 유한요소 해석발법을 제안하였다. 연구결과로 평면 및 곡면 접촉문제나 다물체 접촉문제를 기존의 해석방법에 비해 훨씬 편리하고 정확하게 접촉현상을 규명할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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