Determination of friction factor by ring compression testing and FE analysis

• Autorzy: Gzyl M. , Rosochowski A. , Olejnik L. , Sikora K. , Jawad Qarni M.

Warianty tytułu

PL

Oszacowanie czynnika tarcia na podstawie próby spęczania pierścieni i analizy metodą elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The goal of this study was to examine performance of various lubricants for aluminium alloy AA5083. Conventional ring compression tests were conducted at 200°C. Samples were compressed to 50% of the initial height with a constant ram velocity 0.5 mm/s using a servo-controlled hydraulic press. The optimization procedure was implemented in self-developed software to identify friction factors from experiments. The application launches remotely finite element (FE) simulations of ring compression with a changing friction factor until a difference between experiment and numerical pre¬diction of the internal diameter of the sample is smaller than 0.5%). FE simulations were run using Forge3 commercial software. The obtained friction factor quantitatively describes performance of a lubricant and can be used as an input parameter in FE simulation of other processes. It was shown that application of calcium alumínate conversion coating as pre-lubrication surface treatment reduced friction factor from 0.28 to 0.18 for MoS2 paste. It was also revealed that com-mercially available graphite-based lubricant with an addition of calcium fluoride applied on conversion coating of calcium alumínate had even lower friction factor of 0.11

PL

Celem niniejszej pracy było zbadanie przydatności różnych smarów dla obróbki plastycznej stopu aluminium AA5083. Standardowe testy spęczania próbek pierścieniowych zostały wykonane w temperaturze 200°C. Próbki zostały spęczone do 50% początkowej wysokości ze stałą prędkością przesuwu narzędzia 0.5 mm/s. Testy zostały przeprowadzone na prasie hydraulicznej z serwonapędem. Procedura optymalizacyjna została zaimplementowana w samodzielnie opracowanej aplikacji w celu zidentyfikowania współczynników tarcia na podstawie wyników prób spęczania. Aplikacja zdalnie uruchamia symulację metodą elementów skończonych (MES) procesu spęczania próbki pierścieniowej ze zmieniającym się współczynnikiem tarcia dopóki różnica pomiędzy wewnętrzną średnicą próbki otrzymaną z eksperymentu oraz z symulacji numerycznej nie jest mniejsza niż 0.5%. Symulacje MES zostały wykonane w komercyjnym pakiecie Forge3. Otrzymane współczynniki tarcia pozwalają na ilościową ocenę przydatności użytego smaru oraz mogą być bezpośrednio użyte w symulacji MES. Wykazano, że dla smaru na bazie MoS2 zastosowanie powłoki konwersyjnej glinianu wapnia jako warstwy podsmarnej zmniejsza wartość współczynnika tarcia z 0.28 do 0.18. Zostało również pokazane, że dostępny na rynku smar grafitowy z domieszką fluorku wapnia nałożony na powłoce podsmarnej glinianu wapnia dał jeszcze mniejszy współczynnik tarcia, równy 0.11.

Słowa kluczowe

EN

friction; FE simulation; ring compression

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 156--161
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Gzyl M.

• Advanced Forming Research Centre, University of Strathclyde, 85 Inchinnan Drive, Renfrew PA4 9LJ, United Kingdom

autor

Rosochowski A.

• Design, Manufacture and Engineering Management, University of Strathclyde, James Weir Building, 75 Montrose Street, Glasgow Gl 1XJ, United Kingdom

autor

Olejnik L.

• Institute of Manufacturing Technology, Warsaw University of Technology, ul. Narbutta 85, 02-524 Warsaw, Poland

autor

Sikora K.

• Department of Applied Computer Science and Modelling, AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Jawad Qarni M.

• Advanced Forming Research Centre, University of Strathclyde, 85 Inchinnan Drive, Renfrew PA4 9LJ, United Kingdom

Bibliografia

• Agarwal, V.K., 2008, Langmuir-Blodgett Films, Phys Today, 41,40-46.
• Ali. M., Siarry, P., Pant, M., 2012, An Efficient Differential Evolution Based Algorithm for Solving Multi-objective Optimization Problems, Eur J Oper Res, 217, 404-416.
• Avila-Niño, J., Sustaita, A., Reyes-Reyes, M., López-Sandoval, R., 2011, Effect of the Thickness of Insulator Polymeric Films on the Memory Behavior: The Case of the Polymethylmethacrylate and the Polystyrene, Journal of Nanotechnology, 2011, 1-9.
• Bock, K., Aschenbrenner, R., Felba, J., 2003, Polymer Electronics-Fancy or the Future of Electronics, Proc. Conf. 27th International Conference Microelectronics and Packaging Society (IMAPS), ed., Drelichowska, M., Podlesice-Gliwice, 57-62.
• Bowen, C, Almond, D.P., 2006, Modelling the 'Universal' Dielectric Response in Heterogeneous Materials using Microstructural Electrical Networks, Mater Sci Tech Ser, 22,719-724.
• Dalton, L.R., Sullivan, P.A., Bale, D.H., 2009, Electric Field Poled Organic Electrooptic Materials: State of the Art and Future Prospects, Chem Rev, 110, 25-55.
• Deb K., Thiele, L., Laumanns, M., Zitzler, E., 2002, Scalable Multi-Objective Optimization Test Problems, Proc. Conf. Congress on Evolutionary Computation (CEC'02), Honolulu, 825-830.
• Decher, G., Schienoff, J.B., 2003, Sequential Assembly of Nanocomposite Materials, Multilayer Thin Films, eds, Decher, G, Schienoff, J.B., Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinhein, 1-46.
• Dodabalapur, A., 2006, Organic and Polymer Transistors for Electronics, Mater Today, 9, 24-30.
• Katz, H.E., Huang, J., 2009, Thin-film Organic Electronic Devices, Ann Rev Mater Res, 39, 71-92.
• Klauk, H., 2006, Organic Electronics: Materials, Manufacturing, and Applications, John Wiley & Sons.
• Kuang, L., Chen, Q., Sargent, E.H., Wang, Z.Y., 2003, Fullerene-containing Polyurethane Films with Large Ultrafast Nonresonant Third-order Nonlinearity at Telecommunication Wavelengths, J Am Chem Soc, 125, 13648-13649.
• Li, H, Zhang, Q., 2009, Multiobjective Optimization Problems with Complicated Pareto Sets, MOEA/D and NSGA-II, IEEE T Evolut Comput, 13,284-302.
• Macdonald, J.R., 1992, Impedance Spectroscopy, Ann Biomed Eng, 20, 289-305.
• Moliton, A., Hiorns, R.C., 2004, Review of Electronic and Optical Properties of Semiconducting π-Conjugated Polymers: Applications in Optoelectronics, Polym Int, 53, 1397-1412.
• Papathanassiou, A.N., Sakellis, I., Grammatikakis, J., 2007, Universal Frequency-Dependent ac Conductivity of Conducting Polymer Networks, Appl Phys Lett, 91, 1-3.
• Piqué, A., Auyeung, R., Stepnowski, J., Weir, D., Arnold, C, McGill, R., Chrisey, D., 2003, Laser Processing of Polymer Thin Films for Chemical Sensor Applications, Surf Coat Tech, 163-164,293-299.
• Prabhakaran, S., Sullivan, C.R., 2002, Impedance-Analyzer Measurements of High-Frequency Power Passives: Techniques for High Power and Low Impedance, Proc. Conf. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Pittsburgh, Pensylvania, 1360-1367.
• Pron, A., Rannou, P., 2002, Processible Conjugated Polymers: From Organic Semiconductors to Organic Metals and Superconductors, Prog Polym Sci, 27, 135-190.
• Rajasree, K., Radhakrishnan, P., Nampoori, V., Vallabhan, C, 1993, Determination of the Laser-induced Damage Threshold of Bulk Polymer Samples at 1.06 mu m using the Pulsed Photothermal Deflection Technique, Meas Sci Technol, 4, 591.
• Singer, K., Sohn, J., Lalama, S., 1986, Second Harmonic Generation in Poled Polymer Films, Appl Phys Lett, 49, 248-250.
• Van Mullekom, H, Vekemans, J., Havinga, E., Meijer, E., 2001, Developments in the Chemistry and Band Gap Engineering of Donor - Acceptor Substituted Conjugated Polymers, Materials Science and Engineering R-Reports, 32, 1-40.