A transient heat transfer analysis and thermo-elastic analysis have been performed for the residual stress distribution on the fillet weldment used by finite element method. Specimen is fabricated single-pass fillet welding. This computation was performed for conditions including surface heat flux and temperature dependent thermo-physical properties using by heat input as parameter. Also, cut-off temperature of residual stress estimation by thermo-elastic analysis is determined. The fillet weldment were measured to determined their residual stress distributions for using hole-drilling method. As result, it was found that large tensile residual stress is about material yield strength, and the numerical simulation results for finite element method similar to residual stresses by hole-drilling method and other exiting research. Also, cut-off temperature is effectively determined by temperature which calculated maximum thermal stress equal to material yield strength.
The thermo-mechanical interaction between brake block and wheel tread during braking has been found to cause thermal crack on the wheel tread. Due to thermal expansion of the rim material, the thermal cracks will protrude from the wheel tread and be more exposed to wear during the wheel/block contact than the rest of the tread surface. The wheel rim is in residual compression stress when is new. After service running, the region in the tread has reversed to tension. This condition can lead to the formation and growth of thermal cracks in the rim which can ultimately lead to premature failure of wheel. In the present paper, the thermal cracks of railway wheel, one of severe damages on the wheel tread, were evaluated to understand the safety of railway wheel in running condition. The residual stresses for damaged wheel which are applied to tread brake are investigated. Mainly X-ray diffusion method is used. Under the condition of concurrent loading of continuous rolling contact with rails and cyclic frictional heat from brake blocks, the reduction of residual stress is found to correlate well with the thermal crack initiation.
Many studies involving a thermal stress analysis using computational methods have been conducted, though there have been relatively few experimental attempts to investigate thermal stress phenomena. Casting products undergo thermal stress variations during the casting process as the temperature drops from the melting temperature to room temperature, with gradient cooling also occurring from the surface to the core. It is difficult to examine thermal stress states continuously during the casting process. Therefore, only the final states of thermal stress and deformations can be detemined. In this study, specimens sensitive to thermal stress, were made by a casting process. After which the residual stress levels in the specimens were measured by a hole drilling method with Electron Speckle-Interferometry technique. Subsequently, we examined the thermal stresses in terms of deformation during the casting process by means of a numerical analysis. Finally, we compared the experimental and numerical analysis results. It was found that the numerical thermal stress analysis is an effective means of understanding the stress generation mechanism in casting products during the casting process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.7
s.178
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pp.1740-1747
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2000
Under repeated rolling, initial plastic deformation introduces residual stresses which render the steady cyclic state purely elastic. This is called the process of shakedown. Many studies have been done about the shakedown in semi-infinite half space using calculated Hertizian pressure. In this paper shakedown processes in a shaft are studied by finite element analyses of a two dimensional(plane strain) model with elastic-linear-kinematic-hardening-plastic material subjected to repeated, frictionless rolling contact. Symmetric and non-symmetric pressure distributions are obtained using a simplified model of the bearing-shaft assembly. The rolling contact is simulated by repeatedly translating both pressure distributions along the surface of the shaft. By the influence of the non-symmetric pressure, larger residual radial tensile stress is generated in the immediate subsurface layer, which may make a crack propagate and, the subsurface undergoes a zigzag plastic deformation during the shakedown process, which may lead to a crack initiation.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.335-335
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2011
Instability of a thin film attached to a compliant substrate often leads to emergence of exquisite wrinkle patterns with length scales that depend on the system geometry and applied stresses. However, the patterns that are created using the current techniques in polymer surface engineering, generally have low aspect ratio of undulation amplitude to wavelength, thus, limiting their application. Here, we present a novel and effective method that enables us to create wrinkles with a desired wavelength and high aspect ratio of amplitude over wavelength as large as to 2.5:1. First, we create buckle patterns with high aspect ratio of amplitude to wavelength by deposition of an amorphous carbon film on a surface of a soft polymer poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Amorphous carbon films are used as a protective layer in structural systems and biomedical components, due to their low friction coefficient, strong wear resistance against, and high elastic modulus and hardness. The deposited carbon layer is generally under high residual compressive stresses (~1 GPa), making it susceptible to buckle delamination on a hard substrate (e.g. silicon or glass) and to wrinkle on a flexible or soft substrate. Then, we employ glancing angle deposition (GLAD) for deposition of a high aspect ratio patterns with amorphous carbon coating on a PDMS surface. Using this method, pattern amplitudes of several nm to submicron size can be achieved by varying the carbon deposition time, allowing us to harness patterned polymers substrates for variety of application. Specifically, we demonstrate a potential application of the high aspect wrinkles for changing the surface structures with low surface energy materials of amorphous carbon coatings, increasing the water wettability.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.19
no.1
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pp.12-18
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2014
Shot-peening is frequently used on various mechanical parts because it can improve the fatigue life of components by generating compressive residual stresses on the surface. This can be done by repeatedly hitting the work-piece surface with small balls and making indentations on it. In fact, finding optimal peening time among various peening parameters is the most important. Under-peening can not improve the fatigue life sufficiently while over-peening causes cracks and reduces fatigue life in contrast. In general, optimal peening time is experimentally determined by measuring arc-height using Almen-strip in accordance with SAE J442 standard. To save the time and efforts spent in carrying out experiments to find optimal peening time, this paper presents a computer simulation algorithm for the estimation of surface coverage made by impeller type shot-peening machines (PMI-0608). Surface coverage is defined as the proportion of the work-piece surface that has been indented in a given time of shot-peening. An example (standard tensile test specimen) is presented to validate the proposed method.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.90-90
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2017
Cold spray (Cold gas dynamic spray, kinetic spray) is the latest spray coating process that is known as solid state deposition process. In cold spray, inert gases (typically nitrogen and helium) accelerate powder particles prior to impact onto the substrate. Accelerating particles start to deposit onto the substrate after reaching certain critical velocities depending on the coating materials and substrate. Since process gas temperatures are kept below to melting temperature of the coating materials, it is possible to spray temperature sensitive materials such as copper and titanium, nanocrystal materials, and amorphous metals without affecting the phase change and oxide formation. It is also possible to deposit thick coatings because cold spray coatings present compressive residual stresses. This ability to deposit thick coatings is suitable to repair or rebuild parts as an additive manufacturing process. In this presentation, cold spray is introduced and compared to other additive manufacturing processes such as laser and electron beam based processes. It is also presented some applications especially in the view point of additive manufacturing process.
The method of cross-section analysis for different sections in a structural frame has been widely investigated since the 1960s for determination of sectional capacities of beam-columns. Many hand-calculated equations and design graphs were proposed for the specific shape and type of sections in pre-computer age decades ago. In design of many practical sections, these equations may be uneconomical and inapplicable for sections with irregular shapes, leading to the high construction cost or inadequate safety. This paper not only proposes a versatile numerical procedure for sectional analysis of beam-columns, but also suggests a method to account for residual stress and geometric imperfections separately and the approach is applied to design of high strength steels requiring axial force-moment interaction for advanced analysis or direct analysis. A cross-section analysis technique that provides interaction curves of arbitrary welded sections with consideration of the effects of residual stress by meshing the entire section into small triangular fibers is formulated. In this study, two doubly symmetric sections (box-section and H-section) fabricated by high-strength steel is utilized to validate the accuracy and efficiency of the proposed method against a hand-calculation procedure. The effects of residual stress are mostly not considered explicitly in previous works and they are considered in an explicit manner in this paper which further discusses the basis of the yield surface theory for design of structures made of high strength steels.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.4
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pp.355-360
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2012
Cold drawn(CD) bars feature superb surface roughness, dimensional precision, and straightness. They are used in the manufacture of automotive parts and home electrical appliances. Two cross-roll straighteners have been used to manufacture CD bars for these industries. This study investigated the variation of the gap size between the two cross-rolls. It was found that changes in the gap size have a large influence on the residual stress and plastic deformation. Finite element method(FEM) simulations were performed to study the influence of the gap size on the residual stress in CD bars, and experiments were performed to verify the FEM results. The residual stresses were measured with X-ray diffraction in both the axial and the hoop directions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.5
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pp.537-542
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2011
The thermo-mechanical interaction between brake block and wheel tread during braking has been found to cause thermal crack on the wheel tread. Due to thermal expansion of the rim material, the thermal cracks will protrude from the wheel tread and be more exposed to wear during the wheel/block contact than the rest of the tread surface. The wheel rim is in residual compression stress when is new. After service running, the region in the tread has reversed to tension. This condition can lead to the formation and growth of thermal cracks in the rim which can ultimately lead to premature failure of wheel. In the present paper, the thermal cracks of railway wheel, one of severe damages on the wheel tread, were evaluated to understand the safety of railway wheel in running condition. The residual stresses for damaged wheel which are applied to tread brake are investigated. Mainly X-ray diffusion method is used. Under the condition of concurrent loading of continuous rolling contact with rails and cyclic frictional heat from brake blocks, the reduction of residual stress is found to correlate well with the thermal crack initiation.
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