Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.1
no.1
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pp.133-140
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2002
The object of this paper is to predict the surface roughness using the experiment equation of surface roughness, which is developed with a full factorial design in turning. $3^3$ full factorial design has been used to study main and interaction effects of main cutting parameters such as cutting speed, feed rate, and depth of cut, on surface roughness. For prediction of surface roughness, the arithmetic average (Ra) is used, and stepwise regression has been used to check the significance of all effects of cutting parameters. Using the result of these, the experimental equation of surface roughness, which consists of significant effects of cutting parameters, has been developed. The coefficient of determination of this equation is 0.9908. And the prediction ability of this equation was verified by additional experiments. The result of that, the coefficient of determination is 0.9718.
This paper presents a free vibration analysis of size-dependent functionally graded (FG) nanobeams with all surface effects considerations on the basis of modified couple stress theory. The material properties of FG nanobeam are assumed to vary according to power law distribution. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the modeled nanobeam and its equations of motion are derived using Hamilton's principle. An analytical method is used to discretize the model and the equation of motion. The model is validated by comparing the benchmark results with the obtained results. Results show that the vibration behavior of a nanobeam is significantly influenced by surface density, surface tension and surface elasticity. Also, it is shown that by increasing the beam size, influence of surface effect reduces to zero, and the natural frequency tends to its classical value.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad;Arani, M.R. Ghorbanpour
Smart Structures and Systems
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v.23
no.2
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pp.141-153
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2019
This research deals with wave propagation of the functionally graded (FG) nano-beams based on the nonlocal elasticity theory considering surface and flexoelectric effects. The FG nano-beam is resting in Winkler-Pasternak foundation. It is assumed that the material properties of the nano-beam changes continuously along the thickness direction according to simple power-law form. In order to include coupling of strain gradients and electrical polarizations in governing equations of motion, the nonlocal non-classical nano-beam model containg flexoelectric effect is used. Also, the effects of surface elasticity, dielectricity and piezoelectricity as well as bulk flexoelectricity are all taken into consideration. The governing equations of motion are derived using Hamilton principle based on first shear deformation beam theory (FSDBT) and also considering residual surface stresses. The analytical method is used to calculate phase velocity of wave propagation in FG nano-beam as well as cut-off frequency. After verification with validated reference, comprehensive numerical results are presented to investigate the influence of important parameters such as flexoelectric coefficients of the surface, bulk and residual surface stresses, Winkler and shear coefficients of foundation, power gradient index of FG material, and geometric dimensions on the wave propagation characteristics of FG nano-beam. The numerical results indicate that considering surface effects/flexoelectric property caused phase velocity increases/decreases in low wave number range, respectively. The influences of aforementioned parameters on the occurrence cut-off frequency point are very small.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.7
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pp.26-35
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2003
This study explains the effects of lubricant and surface treatment on hot forging die life. The mechanical and thermal load, and thermal softening which is happened by the high temperature of die, in hot and warm forging, cause die wear, heat checking and plastic deformation, etc. This study is fur the effects of solid lubricants and surface treatment condition for hot forging die. Because cooling effect and low friction are essential to the long life of dies, optimal surface treatment and lubricant are very important to improve die life for hot forging process. The main factors, which affect die hardness and heat transfer, are surface treatments and lubricants, which are related to thermal diffusion coefficient and heat transfer coefficient, etc. For verifying these effects, experiments are performed for hot ring compression test and heat transfer coefficient in various conditions as like different initial billet temperatures and different loads. The effects of lubricant and surface treatment for hot forging die life are explained by their thermal characteristics. The new developed technique in this study for predicting tool life can give more feasible means to improve the tool life in hot forging process.
The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.
The mechanical and thermal load, and thermal softening occuring by the rush temperature of die, in warm and hot forging, cause wear, heat cracking and plastic deformation, etc. This paper describes the effects of solid lubricants and surface treatments for warm forging die. Because cooling effect and low friction are essential to the long life of dies, optimal surface treatments and lubricants are very important to hot and warm forging process. The main factors affecting die hardness and heat transfer, are surface treatments and lubricants, which are related to heat transfer coefficient, etc. To verify the effects, experiments are performed for heat transfer coefficient in various conditions - different initial billet temperatures and different loads. Carbonitriding and ionitriding are used as surface treatments, and oil-base and water-base graphite lubricants are used. The effects of lubricant and surface treatment for warm and hot forging die life are explained by their thermal characteristics, and the new developed technique in this study for predicting tool life can give more feasible means to improve the tool life in hot forging process.
The surface roughness between a piston ring pack and a cylinder liner directly affects the fuel economy, the oil consumption, and the emission of the engine so that it is very important to clarify the surface roughness effects on the lubrication characteristics. The friction characteristics of the piston ring during engine operations are known to as mixed lubrication experimentally. In this study to simulate the effects of the surface roughness of the piston ring pack on the lubrication characteristics, the mixed lubrication analysis of piston rings was performed using the simplified average Reynolds equation. From the results the surface roughness was found be considerably affects minimum oil film thickness as well as FMEP(Friction Mean Effective Pressure). Especially, the oil ring was the most sensitive on the surface roughness.
This study examined the effects of surface roughness in the mixed lubrication regime of smooth and rough surfaces for roller bearings. The average flow model was adopted for interaction between the flow rheology of the lubricant and the surface roughness. The average Reynolds equation and related flow factor that describes the coupled effects of surface roughness and flow rheology, the viscosity-pressure and density-pressure equations, the elastic deformation equation, and the force balance equation were solved simultaneously. The results showed that the effects of surface roughness on the film thickness and pressure distribution should be considered, especially in elastohydrodynamic lubrication contact problems.
This paper deals with the study on the culling characteristics in ball-end milling process. First of all, the effects of the geometric cutting conditions such as the spindle speed, feedrates on the surface integrity and machining stability were evaluated by the analytical and the experimental approaches. A large amount of experimental sets are performed to evaluate the effects of chatter phenomenon on the machined surface. The optical microscope and the surface roughness measuring machine are used to measure the surface integrity and roughness of the machined surfaces.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.3
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pp.404-413
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2013
In the present study, a towed underwater particle image velocimetry (PIV) system was validated in uniform flow and used to investigate the free-surface effects on the turbulent wake of a simple surface-piercing body. The selected test model was a cylindrical geometry formed by extruding the Wigley hull's waterplane shape in the vertical direction. Due to the constraints of the two-dimensional (2D) PIV system used for the present study, the velocity field measurements were done separately for the vertical and horizontal planes. Using the measured data at several different locations, it was possible to identify the free-surface effects on the turbulent wake in terms of the mean velocity components and turbulence quantities. In order to provide an accuracy level of the data, uncertainty assessment was done following the International Towing Tank Conference standard procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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