Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.49
no.6
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pp.580-586
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2016
Cr-Si-Al-N coating with different Si content were deposited by hybrid physical vapor deposition (PVD) method consisting of unbalanced magnetron (UBM) sputtering and arc ion plating (AIP). The deposition temperature was $300^{\circ}C$, and the gas ratio of $Ar/N_2$ were 9:1. The CrSi alloy and aluminum targets used for arc ion plating and sputtering process, respectively. Si content of the CrSi alloy targets were varied with 1 at%, 5 at%, and 10 at%. The phase analysis, composition and microstructural analysis performed using x-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) including energy dispersive spectroscopy (EDS), respectively. All of the coatings grown with textured CrN phase (200) plane. The thickness of the Cr-Si-Al-N films were measured about $2{\mu}m$. The friction coefficient and removal rate of films were measured by a ball-on-disk test under 20N load. The friction coefficient of all samples were 0.6 ~ 0.8. Among all of the samples, the removal rate of CrSiAlN (10 at% Si) film shows the lowest values, $4.827{\times}10^{-12}mm^3/Nm$. As increasing of Si contents of the CrSiAlN coatings, the hardness and elastic modulus of CrSiAlN coatings were increased. The morphology and composition of wear track of the films was examined by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy, respectively. The surface energy of the films were obtained by measuring of contact angle of water drop. Among all of the samples, the CrSiAlN (10 at% Si) films shows the highest value of the surface energy, 41 N/m.
A new piece of test equipment, the slurry wear tester (SWT), was proposed in this study to evaluate the wear behavior of rubber vulcanizate in environmental contact with slurry. Natural rubber (NR) and chloroprene rubber (CR) were chosen as the basic matrices to test the slurry wear. The fluids used to fill the chamber of the SWT were 35% HCl and NaCl solution. The Akron abrasion test was used for comparison with SWT. According to the results of the Akron abrasion test, CR vulcanizate abraded more rapidly than NR vulcanizate under same test condition. It was found that the hysteresis of rubber was key factor contribute to the wear behavior. However, the slurry wear rate of the NR and CR vulcanizates did not change significantly, even with changes in the concentration of acid and the immersion time in both HCl and NaCl solutions; the fluid decreased the friction between the abrasive paper and the specimen. It also reduced the heat generated from repeated deformation and wear debris at the surface of the SWT's abrasion arm. Thus, these phenomena affected the wear behavior of rubber vulcanizate and caused different results in the conventional Akron abrasion test. This outcome could have resulted in an incorrect analysis if the slurry wear behavior of the rubber vulcanizate was estimated by the conventional abrasion tests, which are operated under dry conditions.
Piao, Jin Xiang;Kumar, Manish;Javid, Amjed;Wen, Long;Jin, Su Bong;Han, Jeon Geon
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.320-320
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2016
Nanocrystalline Carbon thin films have numerous applications in different areas such as mechanical, biotechnology and optoelectronic devices due to attractive properties like high excellent hardness, low friction coefficient, good chemical inertness, low surface roughness, non-toxic and biocompatibility. In this work, we studied the comparison of pure DC power and pulsed DC power in plasma sputtering process of carbon thin films synthesis. Using a close field unbalanced magnetron sputtering system, films were deposited on glass and Si wafer substrates by varying the power density and pulsed DC frequency variations. The plasma characteristics has been studied using the I-V discharge characteristics and optical emission spectroscopy. The films properties were studied using Raman spectroscopy, Hall effect measurement, contact angle measurement. Through the Raman results, ID/IG ratio was found to be increased by increasing either of DC power density and pulsed DC frequency. Film deposition rate, measured by Alpha step measurement, increased with increasing DC power density and decreased with pulsed DC frequency. The electrical resistivity results show that the resistivity increased with increasing DC power density and pulsed DC frequency. The film surface energy was estimated using the calculated values of contact angle of DI water and di-iodo-methane. Our results exhibit a tailoring of surface energies from 52.69 to $55.42mJ/m^2$ by controlling the plasma parameters.
With the wide applications of fiber-reinforced composite material in aero-structures and mechanical parts, the design of composite joints have become a very important research area because the joints are often the weakest areas in composite structures. This paper presents an analytical study of the stress distributions in mechanically single-fastened and multi-fastened composite laminates. The finite element models which treat the pin and hole contact problem using a contact stress analysis are described. A dimensionless stress concentration factor is used to compare the stress distributions in composite laminates quantitatively In the case of single-pin loaded composite laminate, the effects of stacking sequence, the ratio of a hole diameter and the width of a laminate (W/D ratio), the ratio of hole diameter and distance from edge to hole (E/D ratio), friction coefficient and clamping force are considered. In the case of multi-pin loaded composite laminate, the influence of the number of pins, pitch distance, number of rows, row spacing and hole pattern are considered. The results show that P/D ratio and E/D ratio affect more on stress distributions near the hole boundary than the other factors. In the case of multi-pin loaded composite laminate, the stress concentration in the double column case is better than the other cases of multi-pin loaded composite laminate.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1178-1185
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2010
Recently, high speed of container freight cars is causing fatigue damage of wheel. Sudden failure accidents cause a lot of physical and human damages. Therefore, damage analysis for wheel prevents failure accident of container freight car. Wheel receives mechanical and thermal loads at the same time while rolling stocks are run. The mechanical loads applied to wheel are classified by the horizontal load from contact of wheel and rail in curve line section and by the vertical force from rolling stocks weight. Also, braking and deceleration of rolling stocks cause repeated thermal load by wheel tread braking. Specially, braking of rolling stocks is frictional braking method that brake shoe is contacted in wheel tread by high breaking pressure. Frictional heat energy occurs on the contact surface between wheel tread and brake shoe. This braking converts kinetic energy of rolling stocks into heat energy by friction. This raises temperature rapidly and generates thermal loads in wheel and brake shoe. There mechanical and thermal loads generate crack and residual stress in wheel. Wetenkamp estimated temperature distribution of brake shoe experimentally. Donzella proposed fatigue life using thermal stress and residual stress. However, the load applied to wheel in aforementioned most researches considered thermal load and mechanical vertical load. Exact horizontal load is not considered as the load applied to wheel. Therefore, above-mentioned loading methods could not be applied to estimate actual stress applied to wheel. Therefore, this study proposed safety estimation on wheel of freight car using heat-structural coupled analysis on the basis of loading condition and stress intensity factor.
Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) was crosslinked in the melt state to enhance wear resistance, Dicumyl peroxide (DCP) and triallyl cyanurate (TAC) was used as a crosslinking agent and a promoter, respectively. With increasing amount of DCP and TAC used, gel content of crosslinked UHMWPE (XUMPE) increased, while the melting temperature, crystallizaiton temperature, crystallinity, and tensile properties decreased. The results of pin-on-disk wear test and ball-on-disk test with small applied load showed reduced wear volumes of XUMPE from that of the unmodified UHMWPE. As the wear mechanism effected in the experimental condition of this study was thought to be deformation rather than adhesion or fatigue, a new parameter, the ratio of maximum contact stress to yield stress, was proposed to correlate well with observed wear resistance. In ball-on-disk wear test with larger applied load, XUMPE showed higher wear volumes than that of the unmodified UHMWPE which were accompanied with increased friction coefficients and surface roughness of the wear tracks. When contact stress was well above yield stress, the failure of XUMPE, as well as deformation, was thought to be much accelerated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1005-1011
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2016
The fundamental reason for gear noise is transmission error. Transmission error occurs because of STE (static transmission error) and DTE (dynamic transmission error), while a pair of gears is meshing. These errors are generated by the deflection of the teeth and the friction on the surface of the teeth. In addition, the vibration generated by transmission error leads to excited bearings. The bearings support the shafts, and the noise is radiated after exciting the gear casing. The analysis of the contact stress in helical gear tooth flanks indicates that it is due to impact loading, such as the sudden engagement and disengagement of a gear. Stress analysis is performed for different roll positions, in order to determine the most critical roll angle. Dynamic analysis is performed on this critical roll position, in order to evaluate variation in stresses and tooth contact force, with respect to time. In this study, transmission error analysis was implemented on a spur and helical gear with involute geometry and a modified geometry profile. In addition, in order to evaluate the intensity of impact due to sudden engagement and significant backlash, the impact factor was calculated using the finite element analysis results of static and dynamic maximum bending stresses.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.5
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pp.1363-1372
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2014
In the previous study, the structural performance of proposed precast concrete arch with reinforced joint was evaluated by structural experiment. In this paper, finite element analysis considering both material and contact nonlinearity was carried out on the specimens of the previous study. Based on the result of analysis and experiment, friction coefficient between concrete blocks was determined. To evaluate the strength of sectional member, elastic analysis was carried out on the arch using linear elastic analysis program. The section force was compared with the nominal strength of arch section. It was concluded that the maximum load of all the specimens exceed the nominal strength of arch section. Those results of the strength evaluation were similar to the results of structural experiments. Therefore, it is concluded that the elastic analysis and ultimate strength model can effectively evaluate the strength for the proposed precast concrete arch composed of concrete blocks and reinforced joint in design.
In this study, we investigate balance of a biped robot applying Foot Placement Estimator (FPE) in simulation. FPE method is used to determine a stable foot location for balancing the biped robot when an initial orientation of the robot body is statically unstable. In this case, the 6-DOF biped robot with point foot is modelled considering contact and friction between foot and the ground. For simulation, the mass of the robot is 1 kg assuming the center of robot mass (COM) is located at the center of the robot body. The height from the ground to the COM is 1 m. Robot balance is achieved applying stable foot locations calculated from FPE method using linear and angular velocities, and the height of the COM. The initially unstable angular postures, $5^{\circ}$ and $-5^{\circ}$, of the robot body are simulated. Simulation results confirm that the FPE method provides stable balance of the robot for all given unstable initial conditions.
The frequency slope over a year due to climate collapse is connected with huge casualties and property damage, but the situation rarely reduce the damage that gradually increases in size. In order to suppress this, engineers are improved better reinforcement and continued efforts to improve the shear force or withdrawal force. In this study, the GangWhaGu attached to the nail tip that improves the soil nail pullout resistance, and a method to increase the nail integral GangWhaGu maximize the contact area soil - by increasing the friction of the grout seems to increase the effect of slope stability. In order to validate the experiment to determine the effect of reinforcing the soil nail pullout tests of indoor and Behavior GangWhaGu nail and through field tests were conducted and applicability. Experimental results, the case of a pull-out test compared to the GangWhaGu nail through the tensile force of the nail were to increase by approximately 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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