The objective of the present paper is to evaluate the effect of the evolution of contact surface profile by fretting wear on the contact stress distribution and fatigue crack initiation site of press-fitted shaft by means of an analytical method based on experimental data. A finite element analysis was performed to analyze the stress states of press-fitted shaft, considering the worn contact surface profiles of shaft. The evolutions of contact stress as wearing of contact surface were analyzed by finite element analysis and fatigue crack nucleation sites were evaluated by fretting fatigue damage parameter (FFDP) md multiaxial fatigue criteria. It is found that the stress concentration of a contact edge in press-fitted sha손 decreases rapidly at the initial stage of total fatigue life, and its location shifts from the contact edge to the inside due to fretting wear as increasing of fatigue cycles. Thus the transition of crack nucleation position in press-fitted shaft is mainly caused by stress change of a contact edge due to the evolution of contact surface profile by fretting wear. Therefore, it is suggested that the nucleation of multiple cracks on fretted surface of press fits is strongly related to the evolution of surface profile at the initial stage of total fatigue life.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.7
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pp.601-611
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2007
Most of mechanically jointed aircraft structures are always encountered the fretting damages on the contact surfaces between two jointed structural members or at the edges of fastener holes. The partial slip and contact stresses associated with fretting contact can lead to severe reduction in service lifetime of aircraft structures. Thus a critical need exists for predicting fretting crack initiation in mechanically jointed aircraft structures, which requires characterizing both the near-surface mechanics and intimate relationship with fretting parameters. In this point of view, a series of fretting fatigue specimen tests for 2024-T351 Al-alloy, have been conducted to validate a mechanics-based model for predicting fretting fatigue life. And included in this investigaion were elasto-plastic contact stress analyses using commercial FEA code to quantify the stress and strain fields in subsurface to evaluate the fretting fatigue crack initiation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.7
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pp.642-652
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2009
Most of lap jointed aircraft structures encounter the fretting damages, which provoke fretting cracks prematurely and lead to significant reduction of fatigue life. In the case of ageing aircrafts especially, this fretting fatigue problem is a fatal threat for the safety and airworthiness. Recently, as the service life extension program(SLEP) of ageing aircrafts has become a hot issue, the prediction of fretting fatigue life is also indispensable. On these backgrounds, a series of experimental tests of fretting fatigue on bolted lap joint specimens, were performed. And the fretting crack initiation and propagation life of each specimen were evaluated using existing and newly proposed prediction models with the fretting parameters obtained from the FEA results for elasto-plastic contact stress analyses. The validations of prediction models were also discussed, comparing the prediction results with experimental test ones.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.1648-1651
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2005
Fretting contact and fretting fatigue are known to occur in mechanical devices which have fasteners subjected to oscillatory tangential load. Theoretical studies on fretting contact have been focussed on simple geometries, such as cylindrical contact problem. Recently, the contact problem of a flat rounded punch has been solved theoretically. The purpose of this paper is to show that the results of finite element analysis for the fretting contact problem are nearly consistent with the theoretical solutions.
In order to investigate the effect of contact load, which is one of the fretting corrosion factors affecting the electric connector, a coupled fretting corrosion specimens were prepared using a tin-plated brass coupon with a thickness of $3{\mu}m$. Electric resistance of the contact was measured during the fretting corrosion test period. There was increase in resistance with fretting cycles. The change in resistance can be classified by 3 stages. The first stage exhibited low and stable resistance. Second stage showed steady increment of the resistance and third stage showed very high and intermittent resistance. The relationship between the failure cycle (Nf) and contact force (P) can be drawn as; It is possible to draw the prediction equation for the failure cycle of the electric connector corresponding to the very high and intermittent resistance under various environment conditions through the fretting tests under various conditions such as load, displacement, temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.1
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pp.49-54
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2010
Fretting wear behavior under elastic deformable contacts was experimentally examined by using a simulated dual cooled fuel rod and its supporting structure. As this fuel rod has larger outer diameter than the typical solid rod to accommodate sufficient internal flow, new supporting structure geometries should be designed and their reliabilities (i.e. vibration characteristics, fretting wear resistance, etc.) are also examined with both analytical and experimental methods. In this study, the supporting structure characteristics and fretting wear behaviors are analyzed and examined by using one of the supporting structure candidates which has an embossing shape. The supporting structure characteristics were examined by using a specially designed test rig and their results were compared with that of analytical method. Based on the test results, the relationship between the supporting structure characteristics and their fretting wear behaviors was discussed in detail.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.11
s.176
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pp.125-134
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2005
Recently, there have been reported on the results that the material life is reduced by fretting conditions and the initial crack made by low stress under fretting. The purpose of this paper is to show that the results of finite element analysis for the fretting contact problems of a flat rounded punch are nearly consistent with the theoretical solutions and to research that the results about effects of the contact zone according to geometries and mechanical properties of pad.
This paper investigates fretting wear damage in aerospace, biomedical, and nuclear components. Experimental parameters are identified that affect fretting wear damage. The parameters observed in industries are directly compared. The magnitudes of frequency, relative displacement, and normal force are found to differ depending on the contacting components where fretting wear occurs. In addition, recent solutions to minimize fretting wear damage are reviewed. The solutions include depositing of a low-friction coating, surface treatment, selection of substrate material, and optimal design of contact geometries. This comparative study suggests useful methods and solutions for analyzing fretting wear damage and for designing tribo-components.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.983-989
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2011
A numerical algorithm for predicting fretting wear was developed using the boundary element method (BEM). A contact analysis was performed numerically using the relation between the elastic displacement and uniformly distributed loading of a rectangular patch on a semi-infinite solid. Geometrical updating based on nodal wear depths was performed. The wear depths were computed using the Archard's equation for sliding wear. In order to investigate the efficiency of BEM for predicting fretting wear, a problem involving a two-dimensional cylinder on a flat contact was analyzed, comparing it with the simulation model proposed by McColl et al. that was based on the finite element method. The developed method was then applied to the analysis of a spherical contact and it was shown that the developed simulation technique could efficiently predict fretting wear. Moreover, the effect of a step cycle on the solution obtained by the developed method was investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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