This paper presents a molecular dynamics simulation-based numerical investigation of the influence of surface energy on water lubrication. Models composed of a crystalline substrate, half cylindrical tip, and cluster of water molecules are prepared for a tribological-characteristic evaluation. To determine the effect of surface energy on lubrication, the surface energy between the substrate and water molecules as well as that between the tip and water molecules are controlled by changing the interatomic potential parameters. Simulations are conducted to investigate the indentation and sliding processes. Three different normal forces are applied to the system by controlling the indentation depth to examine the influence of normal force on the lubrication of the system. The simulation results reveal that the solid surface's surface energy and normal force significantly affect the behavior of the water molecules and lubrication characteristics. The lubrication characteristics of the water molecules deteriorate with the increasing magnitude of the normal force. At a low surface energy, the water molecules are readily squeezed out of the interface under a load, thus increasing the frictional force. Contrarily, a moderate surface energy prevents expulsion of the water molecules due to squeezing, resulting in a low frictional force. At a high surface energy, although squeezing of the water molecules is restricted, similar to the case of moderate surface energy, dragging occurs at the soil surface-water molecule interface, and the frictional force increases.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1991.06a
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pp.1-30
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1991
The lubrication state between contacting bodies with rolling and sliding under loaded condition is generally understood by the conception shown in Figure 1. When the lubricating oil film formation between facing bodies is good enough to separate these bodies by the hydrodynamic pressure, this state is called by the expression of "hydrodynamic lubrication". The thickness of oil film is so large that the lubricating oil between facing bodies behaves as fluid and metal-to-metal contact between surface roughness asperities on facing bodies does not occur. When the oil film thickness becomes thinner or when the surface roughness height becomes larger, top of surface roughness asperities on facing bodies reaches very near to each other and there the oil or absorbed oil molecules on the surface of facing bodies behave no more as fluid. Partly metal-to-metal contact of surface roughness asperities occurs. Such lubrication state is called by the expression "mixed-lubrication". When the oil film thickness becomes more thinner or surface roughness height becomes larger, metal-tometal contact or contact via absorbed oil molecules dominate at most of the part in contact zone. Such state is called by the expression "boundary lubrication". Schematic representation of these three regimes of lubrication is shown in Figure 1.rication is shown in Figure 1.
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.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1998.10a
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pp.82-90
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1998
Machines that normally operate under fluid film lubricated condition also experience surface damage. This is largely due to the failure of the lubricant film which leads to boundary lubrication. Thus, it is important to have a good understanding of boundary lubrication behavior. In this paper the major tribological parameters that influence the boundary lubrication properties are evaluated. It is shown that disk roughness, hardness and normal load affect the friction and wear of metals in boundary lubrication. Also, the mechanism of surface damage is attributed to abrasion and wear particle interaction.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.411-414
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2008
In order to study the effect of lubrication during hot rolling, ferritic stainless steel (FSS) sheet were hot-rolled with and without application of lubrication. The effect of two hot rolling processes on the evolution of texture and microstructure after hot rolling, cold rolling and subsequent recrystallization annealing was studied by means of macro-texture analysis and microstructure observations. After hot rolling, the specimen rolled with lubrication showed rolling textures at the sheet surface, while the specimen rolled without lubrication displayed shear textures in the outer layers of the sheet. Hot rolling with lubrication was beneficial to the formation of strong recrystallization textures at sheet surface. However, hot rolling with lubrication led to the formation of orientation colonies in outer thickness layers of the recrystallized sheet.
The contact characteristics of gear tooth surface were studied by using the gear test rig of power circulation type. The effect of surface treatment conditions and revolutions on the tooth surface roughness parameters, and the relations between the lubrication conditions and tooth surface conditions, in spur gear sets wear considered. The result show that heat treatment of gear have an important effect upon fatigue strength and tooth surface conditions, and surface asperities undergo a circulating process of creation and destruction because of the influnce of plastic deformation. And surface roughness conditions at the tooth tips accompany a great deal of variation in running-in stage. According to the lubrication analysis and the study the tooth surface have a greater effect on surface demage than lubrication conditions, in mixed-lubrication condition.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.188-193
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2005
Surface texturing of tribological application is another attractive technology of friction reducing. Also, reduction of friction is therefore considered to be a necessary requirement for improved efficiency of machine. In this paper attempts to investigate the effect of density for micro-scale dimple pattern on bearing steel flat mated with pin-on-disk. We demonstrated the lubrication mechanism for a Stribeck curve, which has a relationship between the friction coefficient and a dimensionless parameter for lubrication condition. It is found that friction coefficient is depended on the density of surface pattern. It was thus verified that micro-scale dimple could affect the friction reduction considerably under mixed and hydrodynamic lubrication conditions from based on friction map. Lubrication condition regime has an influence on the friction coefficient induced the density of micro dimple.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1999.11a
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pp.136-145
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1999
This paper describes the surface roughness effect in parallel thrust bearing. In mixed lubrication, some contacts will take place between asperities, and partial lubrication will occur. An average Reynolds Equation is utilized to determine effects of surface roughness on partially lubricated contacts. By using an autocorrelation function for the surface profile, surface model is generated numerically Although the two surfaces are parallel in thrust bearing separated by thin film, the pressure peak is formed due to asperites. By means of surface profile parameters, it is shown that which surface is optimal for the parallel thrust bearing.
Kim, Mi-Ru;Lee, Seung-Jun;Jeong, Jae-Ho;Lee, Deug-Woo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.4
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pp.39-46
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2018
Two surfaces that have relative motion show different characteristics according to surface roughness or surface patterns in all lubrication areas. For two rough surfaces with mixed lubrication, this paper proposes a new approach that includes the contact characteristics of the surfaces and a probabilistic method for a numerical analysis of lubrication. As the contact area of the two surfaces changes according to the loading conditions, asperity contact is very important. An average flow model developed by Patir-Cheng is central to the study of lubrication for rough surfaces. This average flow model also refers to a multi-asperity contact model for deriving a modified Reynolds equation and calculating the lubricant characteristics of a bearing surface with random roughness during fluid flow. Based on the average flow model, this paper carried out a numerical analysis of lubrication using a contact model by considering a load change made by the actual contact of asperities between two surfaces. Lubrication properties show different characteristics according to the surface patterns. This study modeled various geometric surface patterns and calculated the characteristics of lubrication.
Surface texturing of tribological applications is an attractive technology of engineered surface. Therefore, reduction of friction is considered to be necessary for improved efficiency of machines. The current study investigated the potential of textured micro-scale grooves on bearing steel flat mated with pin-on-disk. We discuss reducing friction due to the influence of sliding direction at surface pattern. We can indicate lubrication mechanism as a Stribeck curve, which has a relationship between the friction coefficient and a dimensionless parameter for the lubrication condition. It was found that the friction coefficient was changed by the surface pattern and sliding direction, even when surface pattern was the same. It was thus verified that micro-scale grooves could affect the friction reduction considerably under mixed and hydrodynamic lubrication conditions. The lubrication regime influences the friction coefficient induced by the sliding direction of groove pattern. The friction coefficient depends on a combination of resistance force and hydrodynamic.
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