Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.3
no.3
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pp.64-70
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2004
The sub-surface stress field beneath the spur gear's contact surface in lubricated condition has been analysed. The surface pressure was obtained by the elasto-hydrodynamic lubrication analysis using the accurate geometric clearances around the contact region of the teeth. The sub-surface stress field was calculated by using the Love's rectangular patch solution. The analysis results show that the sub-surface stress distribution is quite dependent on the surface pressure distribution. The pattern of sub-surface stress field is similar to that of the external load. The depth where the maximum effective stress occurs is not proportional to the intensity of the external load.
The sub-surface stress field beneath the gear's contact surface caused by the surface pressure in lubricated condition is analyzed. To evaluate the influence of the clearances between a gear tooth and a pinion tooth on the stress field, two kinds of tooth profile models - conventional cylinder contact model and new numerical model - were chosen. Kinematics of the gear is taken into account to obtain the numerical model which is the accurate geometric clearances between a gear tooth and a pinion tooth. Transient elasto-hydrodynamic lubrication (EHL) analysis is performed to get the surface pressure. The sub-stress field is obtained by using Love's rectangular patch solution. The analysis results show that the sub-surface stress is quite dependent on both the surface pressures and the profile models. The maximum effective stress of the new model is lower than that of the old model. The depth where the maximum effective stress occurs in the new model is not proportional to the intensity of the external load.
The subsurface stress field beneath the gear's contact surface caused by the contact pressure in lubricated condition has been calculated. To evaluate the influence of the clearance shape on the stress field, two kinds of tooth profile models were chosen. One is the conventional cylinder contact model and the other is the new numerical model. Love's rectangular patch solution was used to obtain the subsurface stress field. The analysis results show that the subsurface stress is quite dependent on both the contact pressure and the profile model. The maximum effective stress of the new model is lower than that of the old model. The depth where the maximum effective stress occurs in the new model is not proportional to the intensity of the external load.
The most comprehensive and particularly reliable method for non-destructively measuring the residual stress of the surface layer of metals is the sin2ψ method. When X-rays were used the relationship of εφψ-sin2ψ measured on the surface layer of the processing metal did not show linearity when the sin2ψ method was used. In this case, since the effective penetration depth changes according to the changing direction of the incident X-ray, σφ becomes a sin2ψ function. Since σφ cannot be used as a constant, the relationship in εφψ-sin2ψ cannot be linear. Therefore, in this paper, the orthogonal function method according to Warren's diffraction theory and the basic profile of normal distribution were synthesized, and the X-ray diffraction profile was calculated and reviewed when there was a linear strain (stress) gradient on the surface. When there is a strain gradient, the X-ray diffraction profile becomes asymmetric, and as a result, the peak position, the position of half-maximum, and the centroid position show different values. The difference between the peak position and the centroid position appeared more clearly as the strain (stress) gradient became larger, and the basic profile width was smaller. The weighted average strain enables stress analysis when there is a strain (stress) gradient, based on the strain value corresponding to the centroid position of the diffracted X-rays. At the 1/5 Imax max height of X-ray diffraction, the position where the diffracted X-ray is divided into two by drawing a straight line parallel to the background, corresponds approximately to the centroid position.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.5
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pp.673-680
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2003
This study verified the relationship between fracture mechanics parameters(ΔK, ΔK$\sub$eff/, K$\sub$max/) and X-ray parameters (${\alpha}$$\sub$r/, B) for SG365 steel at elevated temperature up to 300$^{\circ}C$. The fatigue crack propagation test were carried out and X-ray diffraction technique according to crack length direction was applied to fatigue fractured surface. The residual stress on the fracture surface was found to increase low ΔK region, reach to a maximum value at a certain value of K$\sub$max/ or ΔK and then decrease. Residual stress were independent on stress ratio by arrangement of ΔK and half value breadth were independent by the arrangement of K$\sub$max/. The equation of ${\alpha}$$\sub$r/ - ΔK was established by the experimental data. Therefore, tincture mechanics parameters could be estimated by the measurement of X-ray parameters.
This paper is within the framework of an adhered complete contact problem wherein the contact between a half plane and sharp edged indenter, both of which are elastic in character, is constituted. The eigensolutions of the contact shear and normal stresses, σrq and σq, respectively, are evaluated via asymptotic analysis. The ratio of σrq/σqq is investigated and compared with the coefficient of friction, μ, of the contact surface to observe the propensity to slip on the contact surface. Interestingly, there exists a region of |σrθ/σθθ| ≥ |μ|. Thus, slipping can occur, although the problem is solved under the condition of an adhered contact without slipping. Given that a tribological failure potentially occurs at the slipping region, it is important to determine the size of the slipping region. This aspect is also factored in the paper. A simple example of the adhered contact between two elastically dissimilar squares is considered. Finite element analysis is used to evaluate generalized stress intensity factors. Furthermore, it is repeatedly observed that slipping occurs on the contact surface although the size of it is extremely small compared with that of the contacting squares. Therefore, as a contribution to the field of contact mechanics, this problem must be further explained logically.
Kim, Hun;Nam, Kyoung-Hee;Jang, Dong-Su;Lee, Jung-Joong
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.40
no.4
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pp.159-164
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2007
Transparent aluminum oxide films were deposited on polycarbonate (PC) substrates by inductively coupled plasma (ICP) assisted reactive sputtering. the oxygen flow rate was regulated by controlling the target voltage with a proportional integrate derivative controller. The PC substrate was treated with plasma prior to the deposition in order to the enhance the adhesive strength of the $Al_2O_3$ film. The characteristics of hardness, structure, density, transmittance, deposition rate, surface roughness and residual stress were investigated to estimate the possibility for the hard coating.
This paper reports the results of an experimental examination using X-rays to test annealing materials for lapped bearing steel (STB2), to confirm the validity of the weighted averaging analysis method. The distribution behavior for the α𝜓-sin2𝜓 diagram and the presence or absence of differences in the peak method, half-value breadth method, and centroid method were investigated. When lapping the annealed bearing steel (STB2) material, a residual stress state with a non-directional steep gradient appeared in the surface layer, and it was found that the weighted averaging analysis method was effective. If there is a steep stress gradient, the sin2𝜓 diagram is curved and the diffraction intensity distribution curve becomes asymmetric, resulting in a difference between the peak method, half-value breadth method, and centroid method. This phenomenon was evident when the stress gradient was more than 2~3 kg/mm2/㎛. In this case, if the position of the diffraction line is determined using the centroid method and the weighted averaging analysis method is applied, the stress value on the surface and the stress gradient under the surface can be obtained more accurately. When the stress gradient becomes a problem, since the curvature of the sin2𝜓 diagram appears clearly in the region of sin2𝜓 > 0.5, it is necessary to increase the inclination angle 𝜓 as much as possible. In the case of a lapping layer, a more accurate value can be obtained by considering 𝜎3 in the weighted averaging analysis method. In an isotropic biaxial residual stress state, the presence or absence of 𝜎3 can be determined as the presence or absence of strain for sin2𝜓≈0.4.
Sung-Min Kim;Woon Young Lee;Sekown Oh;Sang-Yul Lee
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.56
no.6
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pp.401-411
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2023
This study investigates the synthesis, characterization, and application of zinc oxide (ZnO) nanoparticles for corrosion resistance and stress corrosion cracking (SCC) mitigation in high-temperature and high-pressure environments. The ZnO nanoparticles are synthesized using plasma discharge in water, resulting in rod-shaped particles with a hexagonal crystal structure. The ZnO nanoparticles are applied to Alloy 600 tubes in simulated nuclear power plant atmospheres to evaluate their effectiveness. X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy analysis reveals the formation of thermodynamically stable ZnCr2O4and ZnFe2O4 spinel phases with a depth of approximately 35 nm on the surface after 240 hours of treatment. Stress corrosion cracking (SCC) mitigation experiments reveal that ZnO treatment enhances thermal and mechanical stability. The ZnO-treated specimens exhibit increased maximum temperature tolerance up to 310 ℃ and higher-pressure resistance up to 60 bar compared to non-treated ZnO samples. Measurements of crack length indicate reduced crack propagation in ZnO-treated specimens. The formation of thermodynamically stable Zn spinel structures on the surface of Alloy 600 and the subsequent improvements in surface properties contribute to the enhanced durability and performance of the material in challenging high-temperature and high-pressure environments. These findings have significant implications for the development of corrosion-resistant materials and the mitigation of stress corrosion cracking in various industries.
Bae, Mun Ki;Kim, Min Su;Kim, Seong Woo;Yoon, Su Jong;Kim, Tae Gyu
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.33
no.3
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pp.124-128
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2020
Recently, many studies on growth of single crystal diamond using MPECVD have been conducted. The heteroepitaxial method is one of the methods for growing diamonds on a large-area substrate, and research on synthesis of single crystal diamonds using SrTiO3, MgO, and sapphire substrates has been attempted. In addition, research is being conducted to reduce the internal stress generated during diamond growth and to improve the crystallinity of the diamond. The compressive stress generated therein causes peeling and bowing from the substrate. This study aimed to synthesize heteroepitaxial single crystal diamonds with high crystallinity by surface modification. A diamond thin film was first grown on a sapphire/Ir substrate by MPECVD, and then etched with H2 gas to modified the morphology and roughness of the surface. A secondary diamond layer was grown on the surface, and the internal stress, crystallinity of the diamond were investigated. As a result, the fabrication of single crystal diamonds with improved crystallinity was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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