Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.5
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pp.531-537
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2012
Fretting fatigue tests were conducted to investigate the effect of contact pressure on fretting fatigue behavior in aluminum alloy A7075-T6. Test results showed that when the contact pressure is so low that gross or partial slip occurs at the pad/specimen interface, fretting fatigue damage increases with the contact pressure. However, when the contact pressure is high enough to prevent slip at the interface, fretting fatigue damage decreases with the contact pressure. In order to understand how the contact pressure influence the fretting fatigue damage, finite element analyses were conducted and the analysis results were used to evaluate critical plane fretting fatigue damage parameters and their components. It is revealed that fretting fatigue damage estimated with the parameters exhibits the same variation as that in the tests. Moreover, the variation of fretting fatigue damage is closely related with that of the maximum normal stress on the critical plane rather than the strain amplitude on the critical plane.
Kim, Jong-Sung;Yoon, Myung-Jin;Choi, Sung-Jong;Cho, Hyun-Deog
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.1
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pp.25-34
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2010
Fretting damage reduces fatigue life of the material due to low amplitude cyclic sliding and changes in the contact surfaces of strongly connected machine and structures such as bolt, key, fixed rivet and connected shaft, which have relative slip of repeatedly very low frequency amplitude. In this study, the fretting fatigue behavior of 7050-T7451 aluminum alloys used mainly in aircraft and automobile industry were evaluated. The plain fatigue test and fretting fatigue test under cyclic bending load carried out commercial bending fatigue tester and specially devised equipments to cause fretting damage. From these experimental work, the following results obtained: (1) The plain fatigue limit for stress ratio R=-l was about 151MPa. (2) In case of fretting fatigue, fatigue limit for stress ratio R=-l about 72MPa, the fatigue limit for R=0 about 81MPa, and the fatigue limit for R=0.3 about 93MPa. (3) The fatigue limit reduction rates by the fretting damage were about 52%(R=-1), 46%(R=0) and 38%(R=0.3) respectively. (4) The fatigue limit reduction rate decreased with stress ratio increase. In fretting bending test, as stress ratio increased, occurrence of initial oblique crack by fretting decreased or phased out, so that fracture surfaces were formed by plain fatigue crack occurrence, and such tendency was notable as stress amplitude increased. (5) Tire tracks and rubbed scars were observed in the fracture surface and contacted surface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.511-517
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2005
Fretting fatigue is often the root cause of the nucleation of cracks at attachments of structural components. Since fretting fatigue damage accumulation occurs over relatively small volumes, the subsurface cyclic plastic strain is expected to be rather non-uniformly distributed in polycrystalline materials. The scale of the cyclic plasticity and the damage process zones is often on the order of microstructure dimensions. Fretting damage analyses using cyclic crystal plasticity constitutive models have the potential to account for the influence of size, morphology, and crystallographic orientation of grains on fretting damage evolution. Two-dimensional plane strain simulations of fretting fatigue are performed using the cyclic properties of Ti-6Al-4V. The crystal plasticity simulations are compared to an initially isotropic $J_{2}$ theory with nonlinear kinematic hardening as well as to experiments. The influence of initially isotropic versus textured microstructure in the presence of crystallographic slip is studied.
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.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1996.05a
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pp.1-3
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1996
The characteristics of fretting wear are reviewed. Fretting damage depends on slip amplitude and classified into three groups: (1) an annular damage according to Mindlin's analysis at microslip region, (2) strong adhesive deformation without loose wear particles at the intermediate region, and (3) formation of fine oxide particles at the gross slip region. The critical slip amplitude of fretting is the boundary between (2) and (3). The boundary slip amplitude depends on normal load. The wear rate increases and saturates with increasing slip amplitude. But it is constant by considering the critical amplitude. The role of oxide particles are discussed. Three different actions are noted: accelerating wear, preventing wear and insignificant effect. The oxide shows two opposing effect depends on normal load and slip amplitude. This is related to the removal rate from the interface (abrasive action) and compaction rate at the interface to form a protective layer. The effect of oxidation is significant to determine the wear and friction. The diffusion of oxygen is restricted at the small amplitude. As a result, crack formation at the boundary is a predominant damage, related to fretting fatigue damage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.8
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pp.42-47
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2010
In this paper, the characteristics of contact surface damage due to fretting in a press-fitted shaft below the fretting fatigue limit are proposed by experimental methods. A series of fatigue tests and interrupted fatigue tests of small scale press-fitted specimen were carried out by using rotating bending fatigue test machine. Macroscopic and microscopic characteristics were examined using scanning electron microscope (SEM), optical microscope or profilometer. It is found that fretting fatigue cracks were initiated even under the fretting fatigue limit on the press-fitted shafts by fretting damage. The fatigue cracks of press-fitted shafts were initiated from the edge of contact surface and propagated inward in a semi-elliptical shape. Furthermore, the fretting wear rates at the contact edge are increased rapidly at the initial stage of total fatigue life. After steep increasing, the increase of wear rate is nearly constant under the load condition below the fretting fatigue limit. It is thus suggested that the fretting wear must be considered on the fatigue life evaluation because the fatigue crack nucleation and propagation process is strongly related to the evolution of surface profile by fretting wear in the press-fitted structures.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.06a
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pp.263-268
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2000
The fretting damage of the contact between Zircaloy-4 and Inconel 600 have Investigated. A fretting wear tester was designed to be suitable for this fretting test. In this study, the number of cycles, slip amplitude and normal load were selected as main factors of fretting wear. As the result of this research the wear volume increased with the increase of loads, slip amplitudes and the number of cycles and was more affected by slip amplitudes rather than by load. According to SEM, stick, partial slip, gross slip were observed on the surface of both specimens and wavy worn surfaces as the typical fretting damage were also Investigated due to accumulation of plastic flow.
Fretting is a kind of surface degradation mechanism observed in mechanical components and structures. The fretting damage decrease in 50-70% of the plain fatigue strength. This may be observed in aircraft, automobile and nuclear power plant used in special environment and various loading conditions. In the present study, the characteristics of the fretting fatigue are investigated using the two aluminum alloy(Al2024-T3511 and Al7050-T7451). Through the experiment, it is found that the fretting fatigue strength of the Al7050-T7451 alloy decreased about 50% from the plain fatigue strength, while the fretting fatigue strength of the Al2024-T3511 alloy decreased about 45%. The tire track was widely observed in fracture surface area of oblique crack which was induced by contact pressure. These results can be the basic data to the structural integrity evaluation of aluminum alloy subjected to fretting damage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.6
s.261
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pp.701-709
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2007
To clarify the characteristics of surface damage due to fretting in press-fitted shaft, experimental methods were applied to small scale specimen with different bending load condition. Fatigue tests and interrupted fatigue tests of press-fitted specimen were carried out by rotate bending fatigue test. Macroscopic and microscopic characteristics were examined using scanning electron microscope (SEM), optical microscope or profilometer. It is found that small fatigue cracks are nucleated early in life regardless of bending stress, and thus the most portion of fatigue life on press fits can be considered to be crack propagation process. Most of surface cracks are initiated near the contact edge, and multiple cracks are nucleated and interconnected. Furthermore, the fretting wear rates at the contact edge are increased rapidly at the initial stage of total fatigue life. It is thus suggested that the fatigue crack nucleation and propagation process is strongly related to the evolution of surface profile by fretting wear in press fits.
Fretting wear is one of the important degradation mechanisms of steam generator tubes in the nuclear power plants. Especially, impact fretting wear occurred between steam generator tubes and tube support plates or anti-vibration bar. Various tests have been carried out to investigate the wear mechanisms and to report the wear coefficients. Those are fruitful to get insight for the wear damage of steam generator tubes; however, most wear researches have concentrated on sliding wear of the steam generator tubes, which may not represent the wear loading modes in real plants. In the present work, impact fretting tests of steam generator tube were carried out. A wear progression model for impact-fretting wear has been investigated and proposed. The proposed wear progression model of impact-fretting wear is as follows; oxide film breaking step at the initial stage, and layer formation step, energy accumulation step and finally particle torn out step which is followed by layer formation in the stable impact-fretting progress. The wear coefficient according to the work-rate model has been also compared with one between tube and support.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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