[논문]수치적 방법을 이용한 3차원 거친 표면의 마모 해석

김윤지; 서준호; 김봉준; 유용훈

doi:10.9725/kts.2020.36.4.232

수치적 방법을 이용한 3차원 거친 표면의 마모 해석
Numerical Wear Analysis of a Three-dimensional Rough Surface 원문보기

한국트라이볼로지학회지 = Tribology and lubricants, v.36 no.4, 2020년, pp.232 - 243

김윤지 (부산대학교 기계공학부) , 서준호 (부산대학교 기계공학부) , 김봉준 (부산대학교 기계공학부) , 유용훈 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

It is essential to predict the amount of wear and surface parameters for a surface where relative motion occurs. In the asperity-based model for wear prediction, only the average contact pressure can be obtained. Hence, the accuracy of wear analysis is poor. In this study, DC-FFT is used to obtain the pressure of each node, and wear analysis is performed by considering the effect of the pressure gradient. The numerical surface generation method is used to create Gaussian, negatively skewed, and positively skewed surfaces for wear analysis. The spatial and height distributions of each surface are analyzed to confirm the effectiveness of the generated surface. Furthermore, wear analysis is performed using DC-FFT and Archard's wear formula. After analysis, it is confirmed that all peaks are removed and only valleys remain on the surface. The RMS roughness and Sk continue to decrease and Ku increases as the cycle progresses. It is observed that the surface parameters are significantly affected by the radius of curvature of the asperity. This analysis method is more accurate than the existing average wear and truncation models because the change in asperity shape during the wear process is reflected in detail.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Flow chart for wear simulation.
표 Table 1. Input parameters used in generating surface
그림 Fig. 2. Generated surface.
$Fig. 3. Autocorrelation function with <TEX>${\beta}^*={\beta}^*_x={\beta}^*_y$</TEX> = 16.$ 그림 Fig. 3. Autocorrelation function with ${\beta}^*={\beta}^*_x={\beta}^*_y$ = 16.
그림 Fig. 4. Probability density function of surface height.
그림 Fig. 5. (a) Evolution of surface with DC-FFT method and (b) pressure at the last cycle, (c) evolution of surface with Truncation model and (d) pressure at the last cycle.
표 Table 2. Operating condition
표 Table 3. Material properties
그림 Fig. 6. Mean pressure (P^*= F_N /A_real).
그림 Fig. 7. Wear depth.
그림 Fig. 8. Statistical parameter during wear simulation.(a) Average roughness, (b) RMS roughness, (c) Skewness, (d) Kurtosis.
그림 Fig. 9. Surface after wear simulation.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마모란 무엇인가?	마모는 접촉하는 두 표면 간의 상대 운동으로 인해 표면의 일부가 닳아 재료가 제거되는 현상으로, 복잡한 물리적, 화학적 현상의 조합에 의해 일어난다. 마모는 재료의 수명 단축 뿐 만 아니라 표면 거칠기를 변화시키며 이외에도 진동, 소음, 마찰 등 기계 시스템의 많은 측면에 영향을 주기 때문에, 마모에 대한 연구는 공학적, 경제적 측면에서 아주 중요하다.
	마모 계수 도출이 어려운 이유는 무엇인가?	마모가 일어나는 원리는 아주 복잡하기 때문에 실험적 방법으로 마모 계수를 도출할 수 있다. 하지만, 마모 실험은 결과의 산포가 매우 크고, 온도, 습도 등 환경적인 조건에도 민감하게 바뀌어 마모 실험에서 표면 거칠기까지 다루는 것은 상당히 어려운 작업이다. 이러한 이유로 마모 실험은 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 진행과정 동안의 정보를 알 수 없기 때문에 마모를 유발하는 주된 파라미터를 규명하기에는 무리가 있다. 따라서, 수치적 으로 표면의 마모를 해석하는 것은 초기 표면이 마모에 미치는 영향과 마모 진행에 따른 표면의 변화를 예측하기에 적절한 방법이라 할 수 있다.
	마모에 대한 연구가 공학적, 경제적 측면에서 중요한 이유는 무엇인가?	마모는 접촉하는 두 표면 간의 상대 운동으로 인해 표면의 일부가 닳아 재료가 제거되는 현상으로, 복잡한 물리적, 화학적 현상의 조합에 의해 일어난다. 마모는 재료의 수명 단축 뿐 만 아니라 표면 거칠기를 변화시키며 이외에도 진동, 소음, 마찰 등 기계 시스템의 많은 측면에 영향을 주기 때문에, 마모에 대한 연구는 공학적, 경제적 측면에서 아주 중요하다. 하지만 마모의 원리에 대한 연구가 수 세기 동안 진행되어 왔음에도 불구하고, 아직 마모에 대한 이해는 완전하지 않다.

참고문헌 (24)

Hutt, S., Clarke, A., Evans, H. P., "Generation of Acoustic Emission from the Running-in and Subsequent Micropitting of a Mixed-elastohydrodynamic contact", Tribol Int., Vol.119, pp.270-280, 2018, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.11.011

상세보기
Clarke, A., Weeks, I. J. J., Snidle, R. W., Evans, H. P., "Running-in and Micropitting Behaviour of Steel Surfaces Under Mixed Lubrication Conditions", Tribol Int., Vol.101, pp.59-68, 2016, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.03.007

상세보기
Spedding, T. A., King, T. G., Watson, W., Stout, K. J., "The Pearson System of Distributions: Its AppliFig cation to Non-gaussian Surface Metrology and a Simple wear Model", J. Tribol., Vol.102, No.4, pp.495-500, 1980, https://doi.org/10.1115/1.3251585
Ghosh, A., Sadeghi, F., "A Novel Approach to Model Effects of Surface Roughness Parameters on wear", Wear, Vol.338-339, pp.73-94, 2015, https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.04.022

상세보기
Ranganath, Nayak P., "Random process model of Rough Surfaces", J. Tribol., Vol.93, No.3, pp.398-407, 1971, https://doi.org/10.1115/1.3451608
Prajapati, D. K., Tiwari, M., "3D Numerical wear Model for Determining the Change in Surface Topography", Surf Topogr Metrol Prop., Vol.6, No.4, pp.045006, 2018, https://doi.org/10.1088/2051-672X/aae81b

상세보기
Whitehouse, D. J., & Archard, J. F.,"The Properties of Random Surfaces of Significance in Their Contact", Proc R Soc London A Math Phys Sci., Vol.316, No.1524, pp.97-121, 1970, https://doi.org/10.1098/rspa.1970.0068
Patir, N., "A Numerical Procedure for Random Generation of Rough Surfaces", Wear, Vol.47, No.2, pp.263-277, 1978, https://doi.org/10.1016/0043-1648(78)90157-6

상세보기
Whitehouse, D. J., "The Generation of Two Dimensional Random Surfaces Having a Specified Function", CIRP Ann - Manuf Technol., Vol.32, No.1, pp.495-498, 1983, https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63447-7

상세보기
You, S. J., Ehmann, K. F., "Computer Synthesis of three-dimensional Surfaces", Wear, Vol.145, No.1, pp.29-42, 1991, https://doi.org/10.1016/0043-1648(91)90237-O

상세보기
Hu, Y. Z., Tonder, K., "Simulation of 3-D Random Rough Surface by 2-D Digital Filter and Fourier analysis", Int J Mach Tools Manuf., Vol.32, No.1-2, pp.83-90, 1992, https://doi.org/10.1016/0890-6955(92)90064-N

상세보기
Borri, C., Paggi, M., "Topological Characterization of Antireflective and Hydrophobic Rough Surfaces: are Random Process Theory and Fractal Modeling Applicable?", J. Phys D Appl Phys., Vol.48, No.4, pp.1-21, 2015, https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/4/045301
Wu, J. J., "Simulation of Non-Gaussian Surfaces with FFT", Tribol Int., Vol.37, No.4, pp.339-346, 2004, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2003.11.005

상세보기
Wang, Y., Liu, Y., Zhang, G., Wang, Y., "A Simulation Method for non-Gaussian Rough Surfaces using fast Fourier Transform and Translation Process Theory", J. Tribol., Vol.140, No.2, pp.021403, 2018, https://doi.org/10.1115/1.4037793

상세보기
Hill, I. D., Hill, R., Holder, R. L., "Algorithm AS 99: Fitting Johnson Curves by Moments", Appl Stat., Vol.25, No.2, pp.180-189, 1976, https://doi.org/10.2307/2346692

상세보기
Francisco, A., Brunetiere, N., "A hybrid Method for Fast and Efficient Rough Surface Generation", Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol., Vol.230, No.7, pp.747-768, 2016, https://doi.org/10.1177/1350650115612116

상세보기
Greenwood, J. A., Williamson, J. B. P., "Contact of nomimally flat surfaces", Proc R Soc London Ser A Math Phys Sci., Vol.295, No.1442, pp.300-319, 1966, https://doi.org/10.1098/rspa.1966.0242
Liu, S., Rodgers, M. J., Wang, Q., Keer, L. M., "A Fast and Effective Method for Transient Thermoelastic Displacement Analyses", J. Tribol., Vol.123, No.3, pp.479-485, 2001, https://doi.org/10.1115/1.1308010

상세보기
Lubrecht, A. A., Loannides, E., "A Fast Solution of the Dry Contact Problem and the Associated Sub-surface Stress Field, using Multilevel Techniques", J. Tribol., Vol.113, No.1, pp.128-133, 1991, https://doi.org/10.1115/1.2920577

상세보기
Ju, Y., Farris, T. N., "Spectral Analysis of Two-Dimenslonal Contact Problems", J. Tribol., Vol.118, No.2, pp.320-328, 1996, https://doi.org/10.1115/1. 2831303

상세보기
Liu, S., Wang, Q, Liu G., "A Versatile Method of Discrete Convolution and FFT (DC-FFT) for Contact Analyses", Wear, Vol.243, No.1-2, pp.101-111, 2000, https://doi.org/10.1016/S0043-1648(00)00427-0

상세보기
Boucly, V., Nelias, D., Green, I., "Modeling of the Rolling and Sliding Contact between two Asperities", J. Tribol., Vol.129, No.2, pp.235-245, 2007, https://doi.org/10.1115/1.2464137

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Archard, J. F., "Contact and Rubbing of Flat Surfaces", J. Appl Phys., Vol.24, No.8, pp.981-988, 1953, https://doi.org/10.1063/1.1721448

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Mortazavi, V., Khonsari, M. M., "On the Prediction of Transient Wear", J. Tribol., Vol.138, No.4, pp.041604,2016, https://doi.org/10.1115/1.4032843

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