An, Sung Chan;Lee, Sang Don;Son, Jung Ho;Cho, Yong Joo
Tribology and Lubricants
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v.32
no.4
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pp.132-139
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2016
The piston of a marine diesel engine works under severe conditions, including a combustion pressure of over 180 bar, high thermal load, and high speed. Therefore, the analyses of the fatigue strength, thermal load, clamping (bolting) system and lubrication performance are important in achieving a robust piston design. Designing the surface profile and the skirt ovality carefully is important to prevent severe wear and reduce frictional loss for engine efficiency. This study performs flexible multi-body dynamic and elasto-hydrodynamic (EHD) analyses using AVL/EXCITE/PU are performed to evaluate tribological characteristics. The numerical techniques employed to perform the EHD analysis are as follows: (1) averaged Reynolds equation considering the surface roughness; (2) Greenwood_Tripp model considering the solid_to_solid contact using the statistical values of the summit roughness; and (3) flow factor considering the surface topology. This study also compares two cases of skirt shapes with minimum oil film thickness, peak oil film pressure, asperity contact pressure, wear rate using the Archard model and friction power loss (i.e., frictional loss mean effective pressure (FMEP)). Accordingly, the study compares the calculated wear pattern with the field test result of the piston operating for 12,000h to verify the quantitative integrity of the numerical analysis. The results show that the selected profile and the piston skirt ovality reduce friction power loss and peak oil film pressure by 7% and 57%, respectively. They also increase the minimum oil film thickness by 34%.
In this study, surface deformation patterns have been investigated by the rigid-plastic finite element method for friction factor test in solid cylinder compression process. AA1100 and AA6063 aluminum alloys, which show different work hardening characteristics respectively, have been adopted as model materials used for analysis. The main objective of this study is to provide the deformation mechanics in detail in solid cylinder compression process, especially at the die/workpiece interface that is closely related with the frictional conditions. For this reason, solid cylinder compression process has been numerically analyzed. The surface flow patterns at the contact boundary have been analyzed in terms of surface expansion, surface expansion velocity, pressure distributions exerted on the die surface along the die surface. By defining bulge factor, barreling phenomenon also have been examined with calibration curves to verify their effects on the surface flow pattern that is important for evaluating the frictional condition at the interface.
Purpose: In this research, non-linear three dimensional finite element models with contact elements were constructed. For the investigations of the distributions of contact stresses, 3 units fixed partial dentures model were studied, especially on the interface of the gold screw and cylinder, abutment screw. Methods: 3 types of models were constructed ; the basic fixed partial denture in molar region with 3 units and 3 implants, the intermediate pontic fixed partial denture model with 3 units and 2 implants, and the extension pontic fixed partial denture model with 3 units and 2 implants. For all types, the external loading due to chewing was simulated by applying $45^{\circ}$ linguo-buccal loading of 300 N to the medial crown. For the simulation of the clamping force which clinically occurs due to the torque, thermal expansion was provided to the cylinder as a preload. Results: Under 300 N concentrated loading to the medial crown, the maximum contact stress between abutment screw and gold screw was 86.85~175.86MPa without preload, while the maximum contact stress on the same area was 25.59~57.84MPa with preload. Conclusion: The preloading affected the outcomes of the finite element stress analysis. Reflecting the clinical conditions, the preloading conditions should be considered for other practical study utilizing FEA. For the study of the contact stresses and related motions, various conditions, such as frictional coefficient changes, gap between contact surfaces, were also varied and analyzed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2044-2051
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2002
In this paper, the deformed shape, the contact forces and the load-displacement curves of the real hollow gasket made of silicon rubber are analyzed using a commercial finite element program MARC. In the numerical analysis, the silicon rubber is assumed to have the properties of the geometric and material nonlinearity and the incompressibility, and the hyperelastic constitutive relations of that material are represented by the generalized Mooney-Rivlin and Ogden models. The outer frictional contact between the hollow gasket and the groove of rigid container and the inner self-contact of the hollow gasket are taken into account in the course of numerical computation. Experiments are also performed to obtain the material data for numerical computation and to show the validity of the mechanical deformation of the hollow gasket, resulting in good agreements between them.
A nonlocal finite element model is developed for solving elasto-static frictional contact problems of nanostructures and nanoscale devices. A two dimensional Eringen-type nonlocal elasticity model is adopted. The material is characterized by a stress-strain constitutive relation of a convolution integral form whose kernel is capable to take into account both the diffusion process of nonlocal elasticity and the scale ratio effects. The incremental convex programming procedure is exploited as a solver. Two examples of different nature are presented, the first one presents the behavior of a nanoscale contacting system and the second example discusses the nano-indentation problem.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.385-386
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2002
The friction characteristics of contact region between vane tip and cam-ring is studied with an experimental device model. The radius of vane tip is less than 1 mm and sliding speed is lower than 10 m/s. The friction characteristics of the actual oil hydraulic vane pump is estimated on the basis of coefficient of friction. The coefficient of friction can be obtained by measuring the frictional forces in the contact region. The lubrication condition between vane and disk is modeled after the actual condition between the vane and cam-ring.
This study was undertaken to investigate the dry wear characteristics and mechanism of KP-4M steel for plastic molding against SKD 61 hardened by heat treatment. The wear test was carried out under different conditions such as sliding speed, contact pressure, sliding distance, with frictional tester of pin on disc type. The wear loss on variation of sliding speed was little in lower speed range below 0.5 m/sec and in higher speed range above 1.5 m/sec,'but wear loss was high in intermediate speed range. The critical sliding speed, which showed the maximum value of specific wear rate, became lower with increased contact pressure. Increasing the contact pressure, the critical sliding distance Lcr which the wear mechanism changes from severe wear to mild wear was increased due to the decrease of oxidation reaction velocity. Through this study we suggested a model of generation and elimination process of wear debris of KP-4M steel for plastic molding.
Chun, Hae Dong;Chang, Sung Ho;Kim, Kyung Wook;Kuk, Youn Ho
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.27
no.4
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pp.191-201
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2014
The gear was made of SNC815 case-carburized, quench hardened and tempered steel. The gears were failed far earlier than the expected service life used in the industrial site. Causes of the failed gear were analyzed by microstructure observation. By the SEM and micro structure examinations, the damaged surfaces had been weared and failed by fatigue. Through microscope observation on the damaged surface, it was found that the cause of failure was determined by external overloading and the initial stage of the damage was closely related to complex contact fatigue failure. The overload and contact fatigue contributed to the early failure cause.
The main goal of this paper is to establish an interference tolerance for determining optimal amount of clearance in the shaft-bearing system supported by radial ball bearings. The 2-D frictional contact model was employed for the FE analysis between the shaft and the inner raceway. Several examples were simulated using different material properties for the solid shaft. Efforts were focused on the deformation applied in the radial direction to select suitable bearings. The analysis results showed that the initial axial preload applied on the bearings plays a significant role to reduce bearing fatigue life. The proposed design parameters obtained by numerical simulations can approximately predict a rate of bearing life reduction as a function of shaft diameter ratio. This analysis can also be used to calculate the optimal initial radial clearance in order to obtain a shaft-bearing system design for high accuracy and long life.
Water is known to playa crucial role on friction of moving parts in nanoscale contact. Little is, however, known about the tribological behavior of a solid surface that is covered with water adsorption layer. The objective of this study is to investigate the nanotribological behavior of the water layer in relation to water affinity of the surface and relative humidity. This paper presents an examination of the frictional behavior of water adsorption layer as 'confined liquid film'. It is shown that the friction is inversely proportional to the hydrophilicity of surface and relative humidity. On the other hand, friction of hydrophobic surface is not influenced by relative humidity. A model is proposed for the water-mediated contact in which it is shown that the water layer between two hydrophilic surfaces with high relative humidity behaves as a lubricant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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