Fretting corrosion tests are conducted with a constant displacement amplitude using silver-plated brass coupons to investigate the effect of contact pressure on fretting corrosion. Three behaviors are identified based on the change in electric resistance and friction coefficient during the fretting test period, and the identified behaviors are dependent on the magnitude of the applied load. The failure cycle ($N_f$) with an electric resistance of 0.1 D cannot be achieved due to the adhesion behavior of the metal and metal contact under the higher applied load of 0.45 N. This suggests that an average contact pressure higher than 159 MPa for the silver-coated connector is desirable to gain an almost infinite lifetime. The relationship between the electric contact resistance (R) and the average contact pressure (p) can be written as $p=106.2{\times}{\Omega}^{-1.5}$.
This paper presents a theoretical investigation of the dynamic characteristics of externally pressurized air pad bearings with closed loop grooves. These grooves are made on the surface of bearings to reduce the number of supply holes so that manufacturing costs can be reduced. The semi-implicit method is applied to calculate the time varying pressure profile on the air bearing surface owing to the advantages of numerical stability and fast time tracing characteristics. The static pressure of the groove bearings is much higher than that without grooves, so the groove bearings can provide high load carrying capacity. The equation of motion considering vertical motion and tilting motion are also solved using the Runge-Kutta 4th order method. By combining the semi-implicit method and the Runge-Kutta method, fast calculations of the dynamic behavior of the air bearing can be achieved. The variations of bearing reaction force, air film reaction moment, height, and tilting angle are investigated for the step force input, which is 20% higher than the bearing reaction, when the nominal clearance is 6 mm. The effect of the groove width and the groove depth are investigated by calculating the dynamic behavior. The possibility of the air hammering with the depth of the groove is found and discussed.
Plasma ceramic spray that is applied on a machine part under severe work conditions has been investigated for tribological behavior. The application of ceramic coatings by plasma spray has become essential in tribosystems to produce wear resistance and long life in severe conditions. The purpose of this study was to investigate the wear characteristics of $8\%Y_{2}O_3-ZrO_2$ coating, in view of the effect of post-spay heat treatment. The plasma-sprayed $8\%Y_{2}O_3-ZrO_2$ coating was studied to know the relationship between phase transformations and wear behavior related to post-spray heat treatment. Wear test was carried out with ball on disk type on normal loads of 50N,70N and 90N under room temperature. The phase transformation of phase and the value of residual stress were measured by X-ray diffraction method(XRD). Tribological characteristics and wear mechanisms of coatings were observed by SEM. The tribological wear performance was discussed in the focusing of residual stress. Consequently, post-spray heat treatment plays an important role in decreasing residual stress. Residual stress in the coating system has a significant influence on the wear mechanism of coating.
This paper presents the loosening behavior that occurs after the application of an external load to internal and external connection types of dental implants using the finite element method. We use fastening force between an abutment and a fixture to clamp the dental implant system; however, loosening and breakage may occur owing to cyclic external loads. In this study, we considered the initial fastening condition in the pre-load analysis and then investigated the change in stress and contact surface status when applying external loads. After the application of the initial fastening load, we verified that the internal connection-type model exhibited a relatively lower stress distribution than that of the external connection-type one. Moreover, we found that the former model showed a lower stress concentration after the application of the external load. In addition, after the application of this load, we found that the higher the shear load acting on the implant system, the higher the possibility of loosening. The study results showed the change in stress distribution and contact surface according to the connection type of the dental implants and the phenomenon of loosening by cyclic loads. We expect that the results of this study will be useful for the study of reliability and design of dental implant systems.
In this work we investigated the friction and wear characteristics of a magnesium alloy, which has been receiving much attention as a light metal in industrial applications such as automobiles and aerospace. Magnesium is one of the lightest structural material that has high specific strength, lightweight, low density and good formability. However, current issue of using magnesium alloy is that magnesium has weakness against temperature. As the temperature increases, magnesium undergoes poor creep resistance and ease of softening, and therefore, its mechanical strength decreases sharply. To solve this issue, a new type of magnesium alloy that retains high strength at high temperature has been proposed. The tribological behavior of this alloy was investigated using a tribotester with reciprocating motion and heating plate. A stainless steel ball was used as a counter surface. Results showed that extrusion process has similar wear behavior to the commonly used casting process but retains good mechanical strength and durability. The presence of an alloying element enhanced the wear properties especially in high temperature. This study is expected to be utilized as fundamental data for the replacement of high density materials currently used in mechanical industries to a much lighter and durable heat-resistant materials.
Thin film coatings are commonly exploited to minimize wear and optimize the frictional behavior of various precision mechanical systems. The enhancement of thin film durability is directly related to the performance maximization of the system. Therefore, a fine approach to analyze the thin film wear behavior is required. Archard's equation is a representative and well-developed law that defines the wear coefficient, which is the probability of creating wear particles. A ploughing model is a commonly used model to determine the friction force during the abrasive contact. The equations demonstrate that the friction force and wear coefficient are inversely proportional to the hardness of the material. In this study, Archard's equation and ploughing models are modified with an effective hardness to minimize the gap between the experimental and numerical results. It is noted that the effective hardness is the hardness variation with respect to the penetration depth owing to the substrate effect. The nanoindentation method is utilized to characterize the effective hardness of Cu film. The wear coefficient value considering the effective hardness is more than three times higher than that without considering the effective hardness. The friction force predicted with the effective hardness agreed better with the results obtained directly from the friction force detecting sensor. This outcome is expected to improve the accuracy of friction and wear amount predictions.
This paper presents a comprehensive analysis of the impact of surface roughness on the friction and wear properties of SUS 321, an austenitic stainless steel variant produced using the laser powder bed fusion (LPBF) technique, which is a prevalent additive manufacturing method. After the LPBF fabrication, the specimens go a heat treatment process aimed at alleviating residual stress. Subsequently, they are polished extensively to achieve a refined and smooth surface. To deliberately introduce controlled variations in surface roughness, an etching process is employed. This multi-step method encompassed primary etching in a 3M hydrochloric acid solution, followed by secondary etching in a 35 wt% ferric chloride solution, with varying durations applied to different specimens. A comprehensive evaluation of the surface characteristics ensued, employing precise techniques such as surface roughness measurements and meticulous assessments of water droplet contact angles. Following the surface treatment procedures, a series of friction tests are performed to explore the tribological behavior of the etched specimens. This in-depth investigation reached its peak by revealing valuable insights. It clarified a strong correlation between intentionally altered surface roughness, achieved through etching processes, and the resulting tribological performance of LPBF-fabricated SUS 321 stainless steel. This significantly advances our grasp of material behavior in tribological applications.
In this study, the deformation behavior stability of sealing rings with three different cross sectional areas has been presented using a FEM technique. To investigate the deformation behavior stability, the initial compression rate of 25% has been applied to the sealing ring, which is molded with a nitrile butadiene rubber. The maximum strain, maximum stress, and maximum contact normal stress have been analyzed for the working fluid pressure of $25kgf/cm^2$. The FEM results show that the maximum strain of a hollow o-ring and a hollow rectangular ring with a hollow space in the center of a sealing ring is higher than that of a conventional o-ring, but the maximum stress and the maximum contact normal stress are low. In these results, the sealing rings with a hollow space in the center of the cross sectional area is recommended to increase an extended endurance stability of sealing rings. But, the solid sealing ring is designed to guarantee the sealing safety of a contact sealing ring.
An injector is a mechanical device present inside the engine. Its main function is to supply an appropriate volume of fuel into the combustion chamber, which is directly related to the overall engine efficiency of a car. During the operation of an injector, a magnetic force lifts the parts of the injector from closed position to open position which generates a horizontal force on the needle. The horizontal force acts on a different position from that of the center of mass of the needle. Therefore, this causes eccentricity in the needle and the generation of a tilting motion during the lifting operation which can result in wear. However, appropriate selection of clearances for these parts can prevent wear. In this study, lubrication analysis is conducted to determine the optimum clearance of parts with sliding motion inside the injector. The height functions are derived considering the dynamic behavior and relative velocity of the parts. Using the derived height function, the pressure profiles are calculated for the lubricated surfaces from the Reynolds' equation. Subsequently, the fluid reaction forces are calculated. The equations of motions are applied to the fluid reaction forces and external forces are solved to calculate the minimum film thickness between each part with variation in the clearances. Finally, the optimum clearances are determined. The effect of the clearances on the behavior of the moving parts is presented and discussed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1995.06b
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pp.21-27
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1995
소결마찰재의 기공은 소결체의 기본 특성으로 제조공정에 따라 다양하게 형성되며, 기공량이 증가할수록 소결체의 강도나 경도를 낮추는 결과를 초래하지만, 수지령 마찰재료의 경우 일정량의 기공이 오히려 마찰특성에는 양호한 결과를 나타냈다. 소결 마찰재의 경우, 기공향은 제작공정상 성형압과 소결 가압력을 선정하는 기준이 되는 것이지만 아직까지 정량화된 결과가 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구는 동계소결 마찰재의 제조공정에서 기본적으로 내재되는 기공이 마찰특성에 어떠한 영향을 주며 또한 이러한 영향에 따라 최적 마찰특성을 나타내는 기공량을 제시하고자 하였다. 소결마찰재의 기공율은 성형체 밀도와 소결 가압력을 임의로 변화시켜 기공향을 조절하였고, 이렇게 만들어진 시편들은 정속식 마찰시험기를 이용하여 마찰특성을 평가하였다. 결과의 분석은 반복이 있는 이원배치법을 이용한 통계 수단을 사용하여 분산분석을 실시하고, 최적의 마찰특성을 나타내는 성형체 밀도와 소결 가압력을 제시하고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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