Lee, Kee Sung;Kim, Do Kyung;Woo, Sang Kuk;Han, Moon Hee
The Korean Journal of Ceramics
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v.7
no.2
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pp.63-69
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2001
We investigated strength degradations from cyclic contact fatigue in self-toughened glass-ceramics. Hertzian indentation was used to induce cyclic contact load. Dynamic fatigue was also performed with changing stress rates from 0.01 to 10000 MPa/sec. After that, strength data and fracture origins were analysed. As the number of contact cycles increased or stressing rate decreased, severe strength degradation occurred by as much as 50% because of radial cracks developed from microcrack coalescence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.11
s.254
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pp.1455-1460
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2006
The relationship between fatigue crack growth behavior and cyclic crack tip opening displacement is studied. An elastic-plastic finite element analysis (FEA) is performed to examine the growth behavior of fatigue crack, where the contact elements are used in the mesh of the crack tip area. We investigate the relationship between the reversed plastic zone size and the changes of the cyclic crack tip opening displacement along the crack growth. We investigate the effect of the element size when predict fatigue crack opening behavior using the cyclic crack tip opening displacement obtained from FEA. The cyclic crack tip opening displacement is related to fatigue crack opening behavior.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.3
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pp.80-88
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2010
A simple computational model for modeling of subsurface crack growth under cyclic contact loading is presented. In this model, it is assumed that the initial fatigue crack will initiate in the region of the maximum equivalent stress at certain depth under the contacting surface. The position and magnitude of the maximum equivalent stress are determined by using the equivalent contact model, which is based on the Hertzian contact conditions with frictional forces. The virtual crack extension method is used for simulation of the fatigue crack growth from the initial crack up to the formation of the surface pit due to contact fatigue. The relationships between the stress intensity factor and crack length are then determined for various combinations of equivalent contact radii and loadings.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.3
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pp.103-109
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2005
Since fretting fatigue damage accumulation occurs over relatively small volumes, the role of the microstructure is quite significant in fretting fatigue analysis. The heterogeneity of discrete grains and their crystallographic orientation can be accounted for using continuum crystallographic cyclic plasticity models. Such a constitutive law used in parametric studies of contact conditions may ultimately result in more thorough understanding of realistic fretting fatigue processes. The primary focus of this study is to explore the influence of microstructure as well as the magnitude of the normal force and tangential force amplitude during the fretting fatigue process. Fretting maps representing cyclic plastic strain behaviors are also developed to shed light on the cyclic deformation mechanisms.
Seo, Jung-Won;Goo, Byeong-Choon;Choi, Jae-Boong;Kim, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.9
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pp.1391-1398
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2004
Railway wheels and axles belong to the most critical components in railway vehicles. The service conditions of railway vehicles became more severe in recent years due to the increase of speed. Therefore, a more precise evaluation of wheelset life and safety has been requested. Wheel/rail contact fatigue and thermal cracks due to braking heat are two main mechanisms of the railway wheel failure. In this paper, an evaluation procedure for the contact fatigue life of railway wheel is proposed. One of the main sources of the contact zone failure is the residual stress. The residual stress on wheel is formed during the manufacturing process which includes a heat treatment, and then is changed by contact stress developed by wheel/rail contact and thermal stress induced by braking. Also, the cyclic stress history for fatigue analysis is determined by applying finite elements analysis for the moving contact load. The objective of this paper is to estimate fatigue life by considering residual stress due to heat treatment, braking and repeated contact load, respectively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.139-145
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2007
Fretting is a kind of surface damage mechanism observed in mechanically jointed components and structures. The initial crack under fretting damage occurs at lower stress amplitude and lower cycles of cyclic loading than that under plain fatigue condition. This can be observed in automobile and railway vehicle, fossil and nuclear power plant, aircraft etc. In the present study, railway axle material RSA1 used for evaluation of fretting fatigue life. Plain and fretting fatigue tests were carried out using rotary bending fatigue tester with proving ring and bridge type contact pad. Through these experiments, it is found that the fretting fatigue limit decreased about 37% compared to the plain fatigue limit. In fretting fatigue, the wear debris is observed on the contact surface, and oblique cracks at an earlier stage are initiated in contact area. These results can be used as useful data in a structural integrity evaluation of railway axle.
Rolling contact fatigue tests were performed for two types silicon nitrides using disk- type specimens. Materials showed a fatigue behaviour similar to that typically found in metallic materials From the fractographic and metallographic observations, it has been found that the crack initation in the silicon nitrides subjected to rolling contact fatigue is to be induced by cyclic subsurface shear stress, as is known in steel bearing. On the mid-sections of the specimens, many subsurface cracks which lay parallel to the contact surface can be found at a depth where fluctuation of the Herzian shear stress was the maximum.
Recently, Luu suggested fatigue life equation that uses every term of the Crossland equation with stress gradient effect. Luu’s model, however, has a limit of being unable to coverage small radii that are less than a specified length. Furthermore, rolling model has a very small contact area compared to the rolling element size, and fatigue failure occurs on the small radius such as surface asperity by cyclic loading. Therefore, it is necessary to modify fatigue life equation in order to enable fatigue analysis for a small radius. In this paper, the fatigue life considering a stress gradient effect in rolling contact was obtained using Luu’s modified equation. Fatigue analysis was performed to study the effect of stress gradient on the fatigue life using newly adopted equation and to compare the results with pervious models. In order to do this, a series of simulation such as surface stress analysis, subsurface stress analysis, and fatigue analysis are conducted for two rolling balls of same size that contact each other. Through such a series of processes, the fatigue life can be calculated and equation that is proposed in this paper evaluates the fatigue life in case the contact area is small.
Surface damage accumulation of alumina ceramics under the cyclic stress state was analyzed. The alternating stress state in repeat pass sliding contact was simulated by a synchronized biaxial (normal and tangential) repeated indentation technique. Wear debris formation mechanism through damage accumulation and fatigue grain failure in both alumina ceramic balls and flat disks was confirmed, and the contact induced surface degradation due to fatigue cracking accumulation was quantified by measuring vertical contact displacement. Variation of structural compliance (slope of load-displacement curve) of two contacting bodies was expressed as a variation of the apparent elastic property, called pseudo-elastic constant, of the contact system.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.5
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pp.527-533
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1999
Hertzian indentation tests with spherical indenters in water were conducted to examine the contact fatigue in three dental ceramics, such as feldspathic porcelain, micaceous glass-ceramic (MGC) and glass-infiltrated alumina, which was used as dental restorations, and evaluated the effect of contact damage on strength. Initial damage was dependent of microstructure, showing cone cracks of brittle behavior in the feldspathic porcelain and deformation of quasi-plastic behavior in the MGC, with an intermediate case in the glass-infiltrated alumina. However, as increasing the number of cyclic loading (n=1~n =$10^6$)all materials showed an abrupt strength degradation, at which fracture was originated from damage in the contact fatigue. There were two strength degradation with increasing the number of cyclic loading in specific loads (200N, 500N, 1000N):first was from the cone cracks, and second was from the radial cracks created by cyclic loading. The radial cracks, once formed, led to rapid degradation in strength properties, Finally the material was failed at the high number of cyclic loading. Strength degradation with indentation load at fixed number of cyclic loading indicated that the feldspathic porcelain should be highly damage tolerant to the contact fatigue.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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