Finite element technique considering adhesive forces is proposed and applied to analyze the behavior of elastic hemispherical asperity adhesively contacting the plane surface of semi -infinite rigid body. It is demonstrated that the finite element model simulates interfacial phenomena such as jump -to-contact and adhesion hysteresis that cannot be simulated with the currently available adhesive contact continuum models. This simulation aiso provides valuable information on contact pressure, contact region and stress distributions. This technique is anticipated to be utilized in designing a low-adhesion surface profile for MEMS/NEMS applications since various contact geometries can be analyzed with this technique.
A variational approximation procedure is introduced to study the contact stresses between a representative asperity and a feature generally happening in superfinishing processes such as FAM. After a description of the model under consideration is presented, a system of governing equation for the model is derived fullowed by the assumptions made in order to make progress in model development. Final computation is made to evaluate contact stresses on an elastic asperity tip in small scale in size and a computer simulation is performed for detailed surface profile variations on a representative feature. Numerical results are presented along with a discussion of the conclusions that can be drawn from this analysis.
This paper is a report on the parametric study of the friction characteristics on the direct acting type OHC valve train system. The numerical simulation was performed by using the IV-TAP. Dynamic analysis by using the lumped mass method was previously performed to define the acting load. The friction characteristics were analyzed by using the partial asperity contact model. The effects of operating conditions and major design parameters on the total driving torque were investigated. From the analytical prediction, it is found that valve spring stillness, surface roughness, and base circle radius are the main factors to reduce the frictional loss on the valve train system.
This paper presents hot spot behaviors on the rubbing surface of disk-pad type brake by using coupled thermal-mechanical analysis technique. The height of micro-asperity on the rubbing surface is usually 2∼3 ${\mu}$m in practical disk brakes. Non-uniform micro-contacts between the disk and the rigid friction pads lead to high local temperature distributions, which may cause the material degradation, and develop hot spots, thermal cracks, and brake system failure at the end for a braking period. The friction temperatures on the rubbing surface of disk brakes in which are strongly related to the hot spot and thermal related wears are rapidly concentrated on the micro-contact asperities during braking. The computed FEM results show that the contact stress, friction induced temperature and thermal strain are highly concentrated on the rubbing micro-contact asperities even though the braking speed and force are small during the braking period. This hot spot may directly produce the slippage and various thermal wears on the brake-rubbing surface.
The shear behavior of sawtoothed artificial joints grouted with cement milk was investigated in the laboratory under constant normal stress conditions. Tests were conducted on joints with asperities having inclinations of 16.7$^{\circ}$ and 26.6$^{\circ}$, compresive strengths having 15MPa and 47MPa under a given range of normal stresses varying from 0.76 to 1.91 MPa and at a free condition of pitching, rolling and dilatancy. Results show that the effect of asperities on shear strength increase is significant up to asperity height to grout thickness (t/a) ratio of 0.3∼1.0. Increase of cohesion is the main cause of shear strength increase in cement grouted sawtoothed artificial joints.
Underestimation of rock joint shear strength comes from an inadequate consideration of roughness mobilization behavior, which is changed by asperity size as well applied normal load. In this study, we performed rock joint shear tests, and studied the roughness mobilization characteristics related with the scale of normal stress and asperities. Test specimens with artificial triangular asperities were manufactured. The specimens consisted of 3 types, and each type represented unevenness, waviness and total roughness(superposition of unevenness and waviness). The experimental results show that the roughness mobilization characteristics are varied by the scale of normal stress and asperities. Furthermore, the investigation shows that the rate of geometrical component and mechanical component in the total roughness is also varied by the scale of normal stress and asperities. These results suggest that we should consider the roughness mobilization characteristics for the roughness quantification and the shear strength modelling.
Kim, Ji-Young;Kim, Jee-Woon;Cho, Myung-Rae;Han, Dong-Chul
Journal of Mechanical Science and Technology
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제16권4호
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pp.468-475
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2002
This paper reports on the friction characteristics of a piston ring pack with consideration of mixed lubrication. The analytical model is presented by using the average flow antral asperity contact model. The effect of operating condition, and design parameters on the MOFT, maximum friction force, and mean frictional power loss are investigated. Piston ring prick shows mixed and hydrodynamic lubrication characteristics. From the predicted results, it was fand that the ring tension and height of surface roughness have great influence on the frictional power losses in a ring pack. Especially, ring tension is a dominant factor for the reduction of friction loss and maintenance of oil film thickness.
In this paper, FFT(Fast Fourier Transform) analysis of friction was suggested as a method to interpret the contact conditions. Micro-grooves with various dimensions were fabricated on the silicon surface to investigate the frictional behavior with respect to the change in geometrical contact condition. Frictional forces between micro-grooved surfaces and spheres modeled as surface asperities were measured using a micro-tribotester which was built inside a SEM(Scanning Electron Microscope). The experimental results show that the relative dimensions and distributions of contact asperities between two surfaces can be predicted by the power spectrum and the main frequency in FFT-based analysis of friction coefficient. Also, it was shown that the friction coefficient for multi-asperities was the result of the superposition of that for each asperity.
In case of contact fatigue, the accurate calculation of surface tractions and subsurface stress is essential to the predication of crack initiation life. Surface tractions influencing shear stress amplitude have been obtained by contact analysis based on influence function. Subsurface stress has been obtained by using rectangular patch solutions. In this study, to simulate asperity contact under sliding condition, the tip of asperity was simulated by sphere and to calculate crack initiation life in the substrate, dislocation pileup theory was used.
Finite element analysis is performed on the subsurface crack propagation in brittle materials due to sliding contact. The sliding contact is simulated by a rigid asperity moving across the surface of an elastic half-surface containing single and multiple cracks. The single crack, coplanar cracks and parallel cracks are modeled to investigate the interaction effects on the crack growth in contact fatigue. The crack location is fixed and the friction coefficients between asperity and half-space are varied to analyze the effect of surface friction on stress intensity factor for horizontal cracks. The crack propagation direction is predicted based on the maximum range of shear and tensile stress intensity factors. With a coplanar crack, the stress intensity factor was increased. However, with a parallel crack, the stress intensity factor was decreased. These results indicate that the interaction of a coplanar crack increases fatigue crack propagation, whereas that of a parallel crack decreases it.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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