• Journal of the KSME
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• v.57 no.5
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• pp.38-41
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• 2017

인공관절은 사용되는 재료의 지속적인 성능 개선이 필수적인 의료 기기이다. 이 글에서는 인공관절 재료의 피로 및 내마모 성능의 향상을 위해 제안된 다양한 기술들을 소개하고자 한다.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.10 no.5
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• pp.546-553
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• 2007

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.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1999.06a
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• pp.61-66
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• 1999

반복 응력 상태 아래서 알루미나 세라믹의 피로 표면손상 누적현상이 분석되었다. 연속 미끄럼 접촉 시에 발생하는 응력 상태를 재현하기 위해서 동시에 작용하는 수직-수평 반복 압축하중 기법이 사용되었다. 알루미나 구와 평판의 접촉면에서 알루미나 미세 결정의 피로 파손에 의한 마모 입자 형성 기구가 관찰되었고, 반복하중의 횟수와 수직-수평 하중비가 커질수록 마모량은 증가하였다. 반복 접촉하중에 의한 표면손상 누적이 접촉 수직 변위 측정으로 정량화 되었다. 두 접촉 구조물의 강성 (하중-변위 선도의 기울기) 변화가 두 재질의 탄성계수의 변화로 표현되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.105-105
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• 2010

자동차 차체부품에 적용되는 플라스틱 소재는 강도와 내마모성, 내충격성의 충분한 물성확보가 필요하며, 이에 플라스틱 소재의 기계적 특성 향상을 위해 유리 섬유가 다량 함유된 복합소재적용이 증가하고 있다. 반면 플라스틱이 고강도화함에 따라 제품 성형을 위한 사출 금형을 손상시키는 사례가 빈번하게 발생하고, 소재의 유동성 저하에 따른 사출 불량이 증가하고 있어 고강성 플라스틱 복합소재에 대응하는 고경도, 고내마모 특성이 부여된 사출 금형의 개발이 시급한 실정이다. 특히 사출 금형에 사용되는 소재는 기존 소재에 비해 우수한 내마모성과 함께 고광택을 유지하는 것이 더욱 중요해졌으며, 이에 따라 유럽, 일본과 국내 연구진에 의해 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 일본에서 개발되어 국내에도 소개된 래디칼 질화는 기존 질화법에 표면의 화합물 층만을 제어하는 것으로 다소의 표면 광택 효과는 있으나, 플라스틱 사출에 그대로 적용하기에는 무리가 따르므로 그 용도가 극히 제한적이다. 본 연구에서 적용한 나노 질화기술은 0.1torr 이하의 고진공에서 고밀도의 플라즈마 에너지를 발생시키는 방법으로 화합물층이 없는 나노 크기의 질화층을 소재 표면에 형성시키는 기술로서, 처리 후에도 표면의 색상 및 광택의 변화가 없는 것을 특징으로 한다. 또한 표면 경도 및 피로 특성을 향상시킴으로써 금형의 내구 수명을 향상시킬 것으로 기대된다. 본 연구에서는 KP4 금형 소재를 사용하여 플라즈마 이온 질화 시험 조건에 따른 소재의 경도 및 내마모 특성을 파악하고, 미세 조직 분석 및 XRD 분석 등을 통해 내마모 특성 향상에 대한 기본 특성을 평가하였다. 또한 인장시험을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 파악하고, 이를 토대로 고주기 피로시험을 실시함으로써 S-N curve를 얻고, 이를 통해 피로 강도 및 피로 수명에 미치는 나노 질화 처리의 영향을 파악하고자 하였다. 플라즈마 이온 질화 시험은 질소와 수소 비율($N_2:H_2$), 진공도, Screen bias voltage, Bias voltage를 변화시켰으며, 챔버 온도는 $400^{\circ}C$로 고정하였으며, 처리시간도 3시간으로 고정하였다. 질소와 수소의 비율은 3:1일 때 최고의 내마모 특성을 보였으며, 진공도는 내마모 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었다. KP4의 초기 경도값은 약 302 Hv인 반면 최적의 나노 질화처리를 거친 시편에서는 800Hv 이상의 Vickers 경도값을 보였다. SEM 미세조직 분석과 EPMA를 통한 성분 분석을 시행한 결과 표층으로부터 약 $1.5{\mu}m$의 나노질화층을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.20 no.4
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• pp.512-520
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• 2017

On a typical railway, trains travel using the friction between the wheel and the rail. Contact pressure is generated between the wheel and the rail, and the magnitude of the contact pressure changes depending on the weight, speed, wheel-set hunting, and contact point of the vehicle. In this study, the contact characteristics were analyzed through the finite element analysis for the wheel/rail system on curved track, and fatigue damage and wear rate of wheel/rail according to contact pressure were analyzed through rolling contact fatigue test. Results indicate that, general and heat treated rails showed higher wear rate than wheels, and general and heat treated rail wear rate increased rapidly over a certain number of repetitions. In addition, the general rail wear rate was about 7 ~ 15% higher than that of the heat treated rail, and a regression equation for the rail wear rate with the contact pressure in the contact pressure range of 900 ~ 1,500 MPa was presented.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.202-203
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• 2014

금형 내부의 마모를 줄이기 위한 경질 박막의 안정성 향상과 표면에 인가된 압축 잔류 응력이 고주기 피로 특성에 미치는 영향을 연구하기 위해 정밀 플라스틱 사출 금형강에 주로 사용되는 Fe-3.0%Ni-0.7%Cr-1.4%Mn-X강에 스크린 질화처리와 DLC 코팅을 시간과 단일, 복합처리의 변수를 두어 코팅하였다. PAPVD법으로 DLC($3{\mu}m$), 스크린 질화(3h, $50{\mu}m$)/DLC($3{\mu}m$) 코팅 후 고주기 피로 시험을 행하여 고주기 피로 특성을 평가하였다. 스크래치 시험, 마모 시험, 잔류응력 측정을 통해 질화 처리 여부에 따른 코팅의 안정성을 평가하였다. DLC, 스크린질화/DLC 코팅한 경우 압축 잔류 응력의 영향으로 모두 피로 수명이 향상되었고 스크린질화/DLC 코팅한 경우 그 향상폭은 더 컸다. 질화 처리 후 DLC 코팅한 경우 질화층은 버퍼레이어로 작용하여 코팅의 박리를 억제함을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.9
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• pp.1005-1012
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• 2014

Gears are critical elements in automobiles, and their use as power transmitting machine elements in engineering applications is quite extensive. In the areas of contact between gear teeth, the condition of a gear is likely to deteriorate due to contact fatigue, wear, material defects, lubrication failure, etc. Thus, it is necessary to monitor its condition to ensure smooth power transmission. Gear teeth deterioration causes failures such as abrasive wear, scuffing, pitting, and spalling. These failures lead to a higher level of vibration signals in the gear system. This paper presents the results of an experiment on the surface fatigue wear of a spur gear system. The correlation between the estimated specific film thickness, statistical parameter of the vibration signals, and Stribeck curve was considered in this study.

• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.31 no.5
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• pp.42-47
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• 2002

건물의 고도화 및 최첨단 공조시스템에 있어서 공기 조화기는 가장 핵심적인 장비로서 고장의 전도는 비교적 단순하나 요소기술의 적용, 운전, 유지관리에서 소홀하게 되 면 환경 업무의 저하와 생산성이 낮아지고 막대한 비용을 초래하기도 한다 . 고장은 설비시스템과 공조기의 사용기간이 길어짐에 따라 마모, 피로 등의 물리적 성능열화가 진행되며 이러한 물리적 열화가 최종적으로 나타나는 현상이 고장이다. 고장의 시간적 변화에는 초기고장, 우발고장, 마모고장으로 분류되며 초기고장은 시스템의 불안정에 따른 원인으로 시운전시에 자주 발생하고 정상적인 운전시에 발생되는 우발고장이 기간이 지나면 마모 고장기에 도달하게되며 이때는 부품의 한계수명과 마모등의 원인으로 고장률이 급격히 증가된다 따라서 본문에서는 공조시스템의 공기조차기의 팬과 펌프 기기의 고장원인을 살펴보고 이에 대한 고장을 신속하게 감시할 수 있는 방안을 일반적일 고찰을 통해 체계적이고 종합적인 대응방안을 소개하여 불필요한 보수비용의 발생과 생산성 저하를 방지하고 내구년수를 증가할 수 있는 신기술의 일부분을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.493-498
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• 2011

구름접촉피로는 차륜과 레일의 반복적인 접촉으로 인하여 발생하는 표면손상현상으로 점차 증가하는 레일손상 중 하나이다. 접촉마모 및 주기적 그라인딩보다 균열의 성장속도가 더 빨라 균열진전이 시작되는 최소균열크기(minimum crack size for growth)는 레일의 파괴방지 및 유효한 유지보수전략을 수립하는데 기초자료로 활용된다. 본 연구에서는 최소균열크기를 예측하기 위하여 차륜레일의 접촉에 영향을 미치는 주요 파라미터를 변화시키면서 최소균열크기의 변화를 살펴보았다. 이를 위하여 Fletcher와 Kapoor의 "2.5D"모델을 적용한 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하였으며, 최대접촉하중(1174MPa), 표면마찰계수(0.1, 0.2, 0.3 and 0.4), 잔류응력, 접촉에 의한 표면마모(1.0nm/cycle), 그라인딩량(0.3mm/10MGT)을 파라미터로 하여 해석을 수행하였다. 해석결과 최소균열크기는 해석조건에 따라 1.41-1.95mm로 계산되었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.33 no.10
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• pp.1091-1098
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• 2009

In this paper, the procedure to estimate fatigue crack initiation life has been established by considering fretting wear and multiaxial stress states on the contact surface of press-fitted shafts. And a method to calculate the local friction coefficient during the running-in period of fretting wear process has been proposed. The predicted result of worn surface profile in the press-fitted shaft with non-linear local friction coefficient can avoid excessive wear depth estimation compared with that for the case of constant local friction coefficient. Furthermore, the predicted fatigue crack initiation lives based on Smith-Watson-Topper model considering the fretting wear are in good agreement with the experimental data. Consequently, the present method is valid not only for predicting worn surface profile, but also for assessing fatigue crack initiation lives considering the fretting wear during the running-in period in press fits.