Fatigue crack in most rails take place by rolling contact between wheel and rail in railway industry. Therefore, it is critical to understand the rolling contact phenomena, especially for the three-dimensional situation. In this paper the steady-state rolling contact problem of KTX wheel and rail (UIC60) has been studied with three-dimensional finite element analysis. The variation of contact pressure and contact stresses on rolling contact surface were obtained using the finite element method. The three-dimensional distribution of contact stresses on the contact surface are investigated. Results show that the distribution of shear stress and contact stress (von Mises) on the contact surface varies rapidly as a result of the variation of stick-slip region. The contact stress at the leading edge is greater than at the trailing edge because of stick and slip phenomena.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.2
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pp.86-93
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2009
Elastomeric O-rings have been the most common seals due to their excellent sealing capacity, and availability in costs and sizes. One of the critical applications of O-ring seals is solid rocket motor joint seal where the operating hot gas must be sealed during the combustion. This has long been a design issue to avoid the system failure. For laterally constrained, squeezed and pressurized condition, deformed shape of O-ring was measured by computed tomography method and CCD laser sensor, compared with numerical calculations. As clearance gap changes, sealing performance had been evaluated on peak contact stresses at top, bottom and side contact surfaces. As clearance gap increases, peak contact stresses and contact widths in top and side contact surfaces increase, and the asymmetry of stress distributions is promoted due to pressure increase. It is suggested that peak stress of bottom contact surface can be approximated by simple superposition of peak ones due to squeeze and pressure. Under pressurized condition, sealing performance is dependent on not peak stresses of bottom and side contact surfaces but that of top.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2097-2107
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1996
The dynamic photoelastic technique had been utilized to investigate the possibillity of relieving the large local singular stresses induced at the corner of a right- angle- indenter. The indenter compressed a semi-infinite body dynamically with an impact load applied on the top of the indenter. The effects of the geometric changes of the indenter in terms of the diameter (d) and the location (1) of the stress relieving notch on the behavior of the dynamic contact stresses were investigated. The influence of stress relieving notches positioned along the edge of the semi-infinite body on the dynamic contact stresses were also studied by changing the diameter (D) and the location (L) of the notch. A multi-speak-high speed camera with twelve sparks were used to take photographs of full field dynamic isochromatic fringe patterns. The contact singular stresses were found to be released significantly by the stress relief notches both along the indenter and the edge of the semi-infinite body. The optimal position and geometry of the stress relieving notches were obtained with the aid of limited experimental results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.4
s.97
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pp.122-128
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1999
Bolted joint assembly for nuclear power plants consists of various components : cover plate, retainer plate, manway flange, gasket and stud bolts/nuts. To guarantee the soundness of the joint, it is important to prevent leakage through the gasket and reduce the stress concentration factor at the thread root. In this paper, Submodeling technique for the finite element method is proposed to accurately compute three dimensional contact stresses which govern the sealing performance and the maximum contact stresses at the threads root. For verification of global solutions used as boundary conditions of submodel solution, the stresses on the cover plate and the manway flange are measured by strain gages when internal pressure is applied to the bolted joint assembly. The numerical results are compared with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.1
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pp.55-62
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1996
The dynamic photoelastic technique has been utilized to investigate the possibility of relieving the large local singular stresses which are induce in the corner of a right angled indenter. The indenter compresses a semi-infinite body dynamically with an impact load applied on the top of the indenter. The effect of geometric changes to the indenter in terms of the diameter (d) and the location (ℓ) of the notch on the relieving of the dynamic contact stresses are investigated. A multi-spark-high speed camera with twelve sparks was used to take dynamic photographs. The contact singular stresses were found to be released by introducing the relief notch along the indenter. The optimal location and geometry of the relief notch need further experimental investigation.
When a small gear rotates at a very high speed over 40,000 rpm, frictional heat is generated on the gear surfaces. Thermal deformations and stresses arising from frictional heat may lower the efficiency and fatigue life of the high-speed gear. Especially, such frictional heat has much stronger effects on the performance of millimeter-sized high-speed gears used for surgical and dental hand-pieces, due to a small surface area. An analytical equation was derived to calculate frictional temperature on a mating gear surface and conduction heat transfer analysis was performed. Thermal deformation and contact stresses were then calculated using FEM for gears used for medical hand-pieces. The contact stresses of the meshed gear and pinion increase by 19.4% and 16.4%, respectively, when the frictional thermal deformations are considered.
Characteristics of carburized surface layers in 0.18C-3.5Ni-1.5Cr-0.2Mo steels for main shaft bearings of wind turbines have been analyzed and evaluated before and after rolling contact fatigue tests. Mixed microstructure consisting of retained austenite and tempered martensite has been formed with compressive residual stresses in the surface hardened layers of the specimens showing uniform hardness distribution with value about Hv700 after vacuum carburizing and tempering. It has been found on the raceway of the layers of the specimens after rolling contact fatigue tests that the amount of retained austenite decreased and compressive residual stresses increased, resulting from cyclic contact stresses applied during the tests. It has been also revealed that higher durability of the bearings can be obtained through controlling the amount of the retained austenite in the surface of the bearing steels to be lower in this study.
The stresses of surface and substrate under the rough surface contact are irregular. Using rainflow counting method for irregular stresses, the fatigue surface crack initiation lift was calculated. With the surface generated by computer, this paper figures out the random load generated by contacting to the rough surface, analyzes the stress of its subsurface, and calculates the fatigue crack initiation life of the rough surface fatigue theory.
Two-dimensional elastic contact problems, including normal, tangential, and rolling contacts, are treated with the finite element method in this study. Stress boundary conditions and kinematic conditions are transformed into multiple point constraints for nodal displacements in the finite element method. Upon imposing these constraints into the finite element system equations, the calculated nodal stresses and nodal displacements satisfy stress and displacement contact conditions exactly. Frictional and frictionless contacts between elastically identical as well as elastically dissimilar materials are treated in this study. The contact lengths, sizes of slip and stick regions, the normal and the shear stresses can be found.
Yaylaci, Murat;Yayli, Mujgen;Yaylaci, Ecren Uzun;Olmez, Hasan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.5
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pp.585-597
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2021
This paper presents a comparative study of analytical method, finite element method (FEM) and Multilayer Perceptron (MLP) for analysis of a contact problem. The problem consists of a functionally graded (FG) layer resting on a half plane and pressed with distributed load from the top. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. The problem is reduced a system of integral equation in which the contact pressure are unknown functions. The numerical solution of the integral equation was carried out with Gauss-Jacobi integration formulation. Secondly, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two-dimensional analysis of the problem is carried out. The results show that contact areas and the contact stresses obtained from FEM provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Thirdly, the contact problem has been extended based on the MLP. The MLP with three-layer was used to calculate the contact distances. Material properties and loading states were created by giving examples of different values were used at the training and test stages of MLP. Program code was rewritten in C++. As a result, average deviation values such as 0.375 and 1.465 was obtained for FEM and MLP respectively. The contact areas and contact stresses obtained from FEM and MLP are very close to results obtained from analytical method. Finally, this study provides evidence that there is a good agreement between three methods and the stiffness parameters has an important effect on the contact stresses and contact areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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