Recently, graphene has attracted considerable attention owing to its unique electrical, optical, thermal, and mechanical properties. The broad spectrum of applications from optics, sensors, and electronics to biodevice have been proposed based on these properties. In particular, graphene has been proposed as a protective coating layer and solid lubricant for microdevices and nanodevices because of its high mechanical strength, chemical inertness, and low friction characteristics. During the past decade, extensive efforts have been made to explore the tribological characteristics of graphene under various conditions and to expand its applicability. In addition to the experimental approaches, the molecular simulations performed provide fundamental insights into the friction and wear characteristics of graphene resulting from molecular interactions. This work is a review of the studies conducted over the past decade on the tribological characteristics of graphene using molecular simulation. These studies demonstrate the principal mechanisms of the superlubricity of graphene and help clarify the influences of surface conditions on tribological behavior. In particular, the investigation of the effects of the number of layers, strength of adhesion to the substrate, surface roughness, and commensurability provides deeper insights into the tribological characteristics of graphene. These fundamental understandings can help elucidate the feasibility of graphene as a protective coating layer and solid lubricant for microdevices and nanodevices.
Optimization of a heat exchanger with internally finned circular tubes has been performed for three-dimensional periodically fully developed turbulent flow and heat transfer. The design variables of fin number N, fin width ($d_1,d_2$) and fin height(H), are numerically optimized for the limiting conditions of $N=22{\sim}37$, $d_1=0.5{\sim}1.5$ mm, $d_2=0.5{\sim}1.5$ mm, $H=0.1{\sim}1.5$. Due to the periodic boundary conditions along main flow direction, the three layers of meshes are considered. The CFD and the mathematical optimization are coupled to optimize the heat exchanger. The flow and thermal fields are predicted using the finite volume method and the optimization is carried out by using the sequential quadratic programming (SQP) method which is widely used in the constrained nonlinear optimization problem.
Park, Hee-Sang;Choi, Won-Doo;Ko, Jun-Bin;Lee, Young-Ho;Shin, Ki-Seok;Kim, In-Chul;Choi, Man-Yong
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.18
no.3
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pp.270-278
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2009
Friction stir welding is a relatively new solid state joining process. A6061-T6 and A5052-H32 aluminium alloy has gathered wide acceptance in the fabrication of light weight structures requiring a high strength to weight ratio and good corrosion resistance. This friction stir process uses a non-consumable tool to generate frictional heat in the abutting surfaces. The welding parameters such as tool rotational speed, welding speed, etc., and tool pin profile play a major role in deciding FSP zone formation in A6061-T6 and A5052-H32 aluminium alloy. Three different tool pin profiles have been used to fabricate the dissimilar butt joints. The formation of friction stir processed zone has been analysed macroscopically. Tensile properties of the joints have been evaluated and correlated with the friction stir processed zone formation.
Park, Hee-Sang;Lee, Young-Ho;Choi, Won-Doo;Ko, Jun-Bin
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.4
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pp.22-28
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2008
Friction stir welding(FSW) is an relatively new solid state joining process. A1606l-T6 aluminium alloy has gathered wide acceptance in the fabrication of light weight structures requiring a high strength to weight ratio and good corrosion resistance. This friction stir process(FSP) uses a non-consumable tool to generate frictional heat in the abutting surfaces. The welding parameters such as tool rotational speed, welding speed, etc., and tool pin profile playa major role in deciding FSP zone formation in A16061-T6 aluminium alloy. Tow different tool pin profiles have been used to fabricate the joints. The formation of friction stir processed zone has been analysed macroscopically. Tensile properties of the joints have been evaluated and correlated with the friction stir processed zone formation.
Yoo, Jaehan;Moon, Ilyoon;Lee, Soo Yong;Choi, Chunghyeon
Aerospace Engineering and Technology
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v.12
no.1
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pp.105-110
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2013
The gimbal expansion joint for the pipe line of a liquid rocket engine undergoes high pressure and cyclic rotational displacement loadings. In present study, the moment analyses and tests of the internal-type gimbal expansion joint for the engine were performed. The moment components due to spring stiffness, friction and lateral force were obtained using a analytic method and their sums at low and high pressures were compared with the test results. Also, applying a $MoS_2$ dry film lubricant to the pin of a external hinge expansion joint, it is tested that the galling of the pin was removed and the friction coefficient was decreased for low pressures.
Between diaphragms made of stainless steel (SUS), which is the main component of a hydrogen gas compressor, micro-slip occurs owing to repeated bending, resulting in scratches on the surface. The surface scratch of the compressor part is a problem with airtightness, which reduces the efficiency of the compressor; in severe cases, damage is a possibility. In this study, the changes in friction and wear characteristics due to the surface polishing of SUS and carbon-based solid lubricant films (graphene and CNT) were analyzed. Bare SUS, polished SUS, graphene film, and CNT film specimens were prepared. The surface roughness of the SUS was significantly reduced by surface polishing but increased by carbon-based solid lubricating films. In contrast, the friction coefficient maintained a similar value after surface polishing but was significantly reduced by the carbon-based solid lubricant films. In particular, the graphene film exhibited the lowest initial friction coefficient, while the CNT film exhibited the lowest overall average friction coefficient. Regarding the wear rate, polished SUS exhibited the lowest value, but the surface condition of the wear track showed that the carbon-based solid lubricating films were relatively less damaged. Although the wear rate measured was largely attributed to the solid lubricating film peeling off, the SUS surface under the film was considered protected.
This paper presents the contact pressure distribution of pin bushing bearings for various lubrication friction modes such as oil film and elastohydrodynamic lubrication contacts, a mixed lubrication contact, a boundary contact, and a dry contact. During a sliding contact of a plain bearing, the boundary and dry rubbing contacts are dominated between a piston pin and a pin bushing bearing. This may come from a micro-scale clearance, an explosive impact pressures from the piston head, and an oscillatory motion of a pin bearing. The computed results show that as the oil film parameter $h/{\sigma}$ is increased from the dry rubbing contact to the oil film lubrication friction, the maximum oil film pressure is radically increased due to an increased viscous friction with a thin oil film thickness and the maximum asperity contact pressure is reduced due to a decreased asperity contact of the rubbing surfaces.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.4
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pp.27-32
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2010
This paper presents an investigation into the pinhead forming process with the objective of finding the optimal forming conditions. In order to this, the orbital forming analysis of a heading MIG was carried out using the explicit finite element method. Relationships between temperature by forming of load and stresses, rake angle by forming final shape and stress distribution were investigated through analysises in order to find an efficient solution. As a result, the higher temperature and orbital rake angle were the better forming conditions.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.3
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pp.254-260
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2002
There have been many studies for the flow through internally finned tube, since the heat exchangers with fin device derive much attention in heat transfer enhance cent. In this study, analysis of laminar flow through the circular tube with longitudinal fins are investigated. The height and the number of fins are arbitrary. The flow field is assumed to be laminar and conformal mapping is used to obtain analytic solution. From the analytic solution, equi-velocity lines are shown, and the flow rate through the finned tube is calculated for various fin heights and numbers of fins. Darcy friction factor for this finned tube and shear stress distributions on the wall and fin are also considered.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.3
no.2
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pp.231-243
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2000
This paper describes a simulation of secondary motion of piston assemblies using PISDYN by Ricardo. Motions of the piston, pin, rod and skirt are separately calculated, by integrating equations of motion for individual components and dynamic degrees of freedom. The effects of engine speed at full load and pin offsets on the piston assembly secondary motions, forces and friction were investigated in parametric study for 4-cylinder gasoline engine. Results show that lateral displacement and friction loss of the piston increase as a function of engine speed. The lateral motion of the piston is affected by the change in pin offset. The minimum friction loss for the condition of 4800rpm WOT occurs at a pin offset of 1.6mm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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