This paper discusses the issues associated with modeling frictional contact between solid bodies undergoing large deformations. The most common model for friction on contact interfaces in solid mechanics is the Coulomb friction model, in which two distinct responses are possible: stick and slip. Handling the transition between these two phases computationally has been a source of algorithmic instability, lack of convergence and non-unique solutions, particularly in the presence of large deformations. Most computational models for frictional contact have used penalty or updated Lagrangian approaches to enforce frictional contact conditions. These two approaches, however, present some computational challenges due to conditioning issues in penalty-type implementations and the iterative nature of the updated Lagrangian formulation, which, particularly in large simulations, may lead to relatively slow convergence. Alternatively, a plasticity-inspired implementation of frictional contact has been shown to handle the stick-slip conditions in a local, algorithmically efficient manner that substantially reduces computational cost and successfully avoids the issues of instability and lack of convergence often reported with other methods (Laursen and Simo 1993). The formulation of this approach, however, has been limited to the small deformations realm, a fact that severely limited its application to contact problems where large deformations are expected. In this paper, we present an algorithmically consistent formulation of this method that preserves its key advantages, while extending its application to the realm of large-deformation contact problems. We show that the method produces results similar to the augmented Lagrangian formulation at a reduced computational cost.
한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.61-62
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2002
In order to clarify the contact mechanism between specimen surface and probe tip in the surface observation by the AFM (atomic force microscope) or the FFM (friction force microscope), several molecular dynamics simulations have been performed. In the simulation, a 3-dimensional simulation model is proposed where the specimen and the probe are assumed to consist of mono-crystal line copper and a carbon atom respectively and the effect of cantilever stiffness is also taken into considered. The surface observation process on a well-defined Cu{100} is simulated. The influences of cantilever stiffness on the reactive force images and the behavior of probe tip were evaluated. As a resuIt, several phenomena similar to those observed by the actual surface observation experiment, such as double-slip behavior and dispersion in the stick-slip wave period were observed.
Fatigue crack in most rails take place by rolling contact between wheel and rail in railway industry. Therefore, it is critical to understand the rolling contact phenomena, especially for the three-dimensional situation. In this paper the steady-state rolling contact problem of KTX wheel and rail (UIC60) has been studied with three-dimensional finite element analysis. The variation of contact pressure and contact stresses on rolling contact surface were obtained using the finite element method. The three-dimensional distribution of contact stresses on the contact surface are investigated. Results show that the distribution of shear stress and contact stress (von Mises) on the contact surface varies rapidly as a result of the variation of stick-slip region. The contact stress at the leading edge is greater than at the trailing edge because of stick and slip phenomena.
A friction-type clutch system sometimes generates spick-slip vibration during engagement, which disturbs smooth start of a car and makes a passenger uncomfortable. In this study, the spick-slip vibration in four types of friction couples was investigated at two different engagement conditions respectively of which the amount of slip time and clutch travel was varied. Results are found as follows. First, the vibration increased at the condition of small engine torque and large torque fluctuations due to higher harmonics of engine speed. Second, the friction couple without a pre-damper has advantages of reducing the vibration. This study also suggested an evaluation method of vehicle vibration in the view point of human perception by using the frequency weighting of ISO2631-1.
The fretting wear characteristics of STS304 steel in seawater were investigated experimentally. A fretting wear tester was designed to be suitable for this fretting test. This study was focused on the effects due to the combination of normal load, slip amplitude and number of cycles and corrosive environment as the main factors of fretting. The results of this study showed that the wear volume increased abruptly at slip amplitude between 70 $\mu\textrm{m}$∼100 $\mu\textrm{m}$ by fracture of oxide layers but above that slip amplitude the wear volume increased steadily.
The fretting wear characteristics for Zircaloy-4 tube used as fuel rod in the nuclear power plant have been investigated. The fretting wear tester was designed and manufactured for this experiment. This study was focused on main factors of fretting wear, cycle, slip amplitude and normal load. The worn surfaces were observed by SEM.
The friction and wear behavior of short carbon fiber reinforced polyetheretherketone was studied experimentally under dry sliding conditions against SCM440(AISI 4140) disks with a different surface roughness and hardness at the low sliding speeds and the high pressures on a pin-on-disk apparatus. Under the low disk surface roughness value the earsplitting noise and stick-slip were occurred. The increased adhesion friction and wear factor with stick-slip made the friction and wear behavior worse. Under the high disk surface hardness the break and falling-off of carbon fibers were accelerated. The carbon fibers fallen off from the matrix were ground into powder between two wear surfaces and this phenomenon caused a abrasive friction and wear factor to increase. So the friction and wear behavior became worse. With the transfer film made of wear particles formed on a disk, the carbon powder film formed on a pin lowered a friction coefficient.
This paper reviews the dynamic load phenomenon referred to as 'silo quaking', caused shock vibration and loud noise, during gravity discharge in coal silos. Quaking in tall silo is examined using experimental data obtained from a Coal Power Plant and several experimental and numerical investigations available in the published literature. In the experiment, the acceleration was measured at various height on the silo column and floor and by doing so, not only could the variation of the amplitude of the quaking be observed, but also the propagation of waves could clearly be seen. Through an overview of recent research on this subject, it is shown that the current silo quaking is produced by slip-stick friction between the internal wall of silo and the granular material, i.e. coal.
본 논문에서는 효율적인 제어를 위하여 캡슐 앤도스코피에 대한 모델링을 실시하였다. 방법론적으로 루그레 모델에 대한 시스템 특성파악을 위한 수학적 모델링을 이용하였다. 비선형 마찰 모델인 루그레 모델에 바탕을 둔 stick-slip 모션 시스템이 인체내에서의 캡슐 앤도스코피의 활동을 묘사하는 시뮬레이션 모델로 이용하였다. 다양한 상황을 고려하여 루그레 마찰모델에 대한 시뮬레이션을 Matlab Simulink 를 작성하여 수행하였다. 전체적인 모션과 파라미터의 영향이 엔도스코피의 속도에 미치는 영향에 대한 것에 주안을 두어 실시하였다.
단층슬립의 기하분석에 의한 단층의 거동특성을 평가하고자 주단층의 주향변화, 단층 선단부의 발달 상태, 단층대의 폭의 주기적 변화, 단층암의 변형양상, 2차 소단층의 각관계를 근거로 양산단층의 주향을 따라 남쪽 양산에서 북쪽으로 포항시 신광면에 이르는 구간을 5개의 구역($A{\sim}E$)으로 구분하였다. 또한 가상의 단층비지를 대상으로 시행한 이전 여러 실험연구 결과들로부터 얻어진 단층작용의 운동 양상과 변형 조직과의 관계를 양산단층에 적용하고자 하였다. 단층의 미끄럼 거동을 이해하기 위하여 양산단층을 따라 단층의 자세와 단층슬립을 측정하였고, 주단층과 2차 소단층의 Riedel shear 각 관계를 분석하였다. 양산단층 각 구역에서 주단층과 2차 단열의 방향성 및 단층슬립을 이용하여 각 구역별 단층의 거동특성을 해석한 결과 A, D 및 E와 같은 직선구역들은 안정된 전단운동을 한 creeping 운동의 구역으로 평가되었고, 반대로 B와 같은 곡선구역은 stick-slip 운동을 한 locked 구역으로 평가되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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