The objective of this study was to characterize the role of synovial fluid and hyaluronan in the frictional response of bovine articular cartilage. Seven cylindrical cartilage specimens were harvested from three fresh bovine humoral heads (4-6 months old). Reciprocal sliding motion (1mm/s) was provided by a custom-made friction testing apparatus with a normal load of 22.3 N. From the measured time-dependent normal and frictional forces, the minimum and maximum frictional coefficients were calculated. Synovial fluid reduced the minimum frictional coefficient by ${\sim}75$ % and maximum frictional coefficient by ${\sim}11%$, while the reduction of the minimum and maximum frictional coefficients with hyaluronan was ${\sim}42%$ and ${\sim}24%$, respectively. To the best of our knowledge, this experimental study investigates the first such comparisons of frictional response of articular cartilage with and without synovial fluid and hyaluronan, and provides significant insights into their role in the articular cartilage friction and lubrication.
Hydraulic servo valves are widely used in various fluid power systems because of their fast response and precision control. In this paper, we studied the effect of metering notch shapes and amount of their openings on the flow characteristics within the spool valve using a computational fluid dynamic (CFD) code, FLUENT. To obtain the results for more realistic operating conditions, viscous heating due to the jet flow and viscosity variation of the hydraulic fluid with temperature were considered. For two types of notch shape, streamlines, oil temperature and viscosity distributions, and variations of flow and friction forces acting on spool were showed. The flow and friction forces affected by the metering notch shapes and their openings, and oil temperature rise near metering notch was significant enough to results in the jamming phenomenon. A thermohydrodynamic (THD) flow analysis adopted in this paper can be used in optimum design of hydraulic servo valves.
Non-contact type mechanical face seals installed in mechanical systems prevent leakage of working fluid using thin working fluid film between stator and rotor. For that purpose, various kinds of surface profiles, grooves and conings have been applied on seal surfaces of stator and rotor to generate hydrodynamic and hydrostatic pressure. The thickness distribution of working fluid film is one of important factors which affect the working performances of mechanical face seal, and it is strongly affected by the surface height profiles of stator and rotor. Therefore, appropriate design of surface height profiles of stator and rotor is necessary to optimize the working performances and life of mechanical face seal. In this study, numerical analysis using finite volume method was conducted to estimate the working performances of wavy mechanical face seals which have 36 coning combinations. As results, minimum thickness of working fluid film, leakage volume of working fluid and friction torque in static equilibrium condition of mechanical face seal, and stiffness of working fluid film were obtained. The results show that the working performances of mechanical face seal were affected by the coning combinations which can change the thickness distribution of working fluid film and pressure distribution in sealing region of mechanical face seal.
The hydraulic pump for a Electro-hydrostatic Actuator for aircrafts should be able to quickly feed large volume of oil into hydraulic cylinder in order to reduce the response time. On the other hand, it should be also able to precisely dispense small amount of oil by low-speed operation so that the steady state position control error of the EHA can be accurately compensated. This paper is focused on the investigation how the plasma coating surface treatment of cylinder barrel with CrSiN can contribute to the reduction of low-speed friction torque of a bent-axis type piston pump. The results showed that the reduction of the friction torque was not remarkable, but that the anti-wear characteristics of the CrSiN-coated cylinder barrel were much better that those of the original one.
Impregnation of shear-thickening fluid(STF) into high-strength fabrics makes a considerable improvement on the ballistic performance of fabric armors. Understanding dissipation augmentation due to shear thickening effects on yarn-yarn and yarn-projectile friction is of great importance in liquid armor research. This paper takes a shearthickening effect into account in numerical simulations by using a velocity-dependent friction model. Impact simulations were performed to validate the friction model as well as to evaluate the ballistic performance of STF-fabrics. Impact simulations on neat fabrics were also conducted to provide baseline results for comparison.
Supersonic aircraft and missiles often encounter damage issues due to high-speed collisions with small objects such as ice particles and water droplets. This can significantly impact the safety and performance of these vehicles, making the assessment and development of collision testing crucial. Existing collision testing methods have relied on equipment such as gas guns, which utilize high pressure. However, most accelerators for projectiles are large-scale devices designed for weaponry and high-pressure gases, rendering them inaccessible and unsuitable for laboratory use. Therefore, there is a need for research into easily accessible and economically efficient testing devices at the laboratory level. An impact tester can launch a projectile with a velocity of 100 m/s using low-pressure compressed air at approximately 10 bar. The velocity of the impact tester projectile is determined by the pressure within the chamber, friction, and the length of the barrel. In this study, computational fluid dynamics was utilized to define friction coefficients that match experimental results based on projectile weight, enabling accurate prediction of velocity. The resulting data provides practical and effective insights for the design of impact testers, utilizing the defined friction coefficients to understand and predict complex physical phenomena.
This paper presents the property of the Squeeze Film Damper (SFD) using Magneto-Rheological fluid (MR fluid). The damping property of a SFD for a flexible rotor system varied according to vibration mode. MR fluid is known as a functional fluid with controllable apparent viscosity of the fluid by applied magnetic field strength. When the MR fluid is applied in the SFD, the SFD using MR fluid can effectively reduce vibrations of the flexible rotor in a wide range of rotating speed by control of the applied magnetic field strength. To investigate in detail the SFD using MR fluid, the SFD to support one mass was constructed and its performance was experimentally investigated in the present study. The damping property of the SFD using MR fluid has viscous damping by Newtonian fluid, but not Coulomb friction by Bingham fluid. Therefore, The system damped by the SFD can be considered as a linear system.
This paper presents an experimental approach to study the effect of friction on magnerorheological (MR) fluids. Both steady and dynamic modes were employed to investigate MR fluid behaviors. The experimental results indicate that the total MR effects are dominated by two factors: magnetic force and friction force. Conventionally, the magnetic force contribution to MR effect has been intensively studied while the friction force effect has attracted less attention. This study provides a method to quantitatively predict the friction contribution to the total MR effect. It may be used to effectively analyze enhanced MR effects reported by other groups. Also, it might provide good guidance to develop high-efficiency MR fluids.
The paper describes a technique that compensates a friction in pneumatic cylinder to perform the position control. The friction is one of the most common nonlinearities present in pneumatic actuating systems. For accurate position control and low velocity control, control strategies usually rely on accurate estimation of friction. This paper presents a observer to estimate the friction force in the pneumatic cylinder from the pressures in cylinder chambers. Also, the stiction compensation of a pneumatic cylinder is obtained by adding pulses to the control signal using impulsive control. The characteristics of the pulses in impulsive control are determined from the control action. The simulation results are proved that the method proposed here is effective.
The friction coefficients of the rubber for clutch master cylinder were experimentally measured in this study. The cylindrical rubber samples for primary cup-seal and secondary cup-seal were tested against the aluminum or the steel plates of master cylinder housing under the various conditions of brake oil temperatures and normal loads. Dry sliding friction coefficients were also measured under various load conditions. The test revealed following results. First, the friction coefficient under fluid lubrication condition in general decreases, as the oil temperature or normal load increases. Second, the steel plate of low surface roughness yielded comparatively low friction coefficient on the range of 0.30∼0.67. On the other hand, the aluminum plate of high surface roughness yielded high friction coefficient on the range of 0.31∼1.15. Third, the friction coefficient of dry surface contact decreases as the normal load increases. This is contrary to the general principle of friction coefficient between metal plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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