Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of deformation and forms of destruction of coating-substrate systems

Chronowska-Przywara Kinga

Tribologia

|

2021

|

nr 4

7--14

EN

The paper presents the results of fracture testing of a coating-substrate system subjected to a concentrated contact load and during a scratch test. A diamond indenter with rounding radii in the range 20-500 µm was used under the tests. Systems with CrN coatings in the range of 1 to 5 µm applied to austenitic steel X5CrNi18-10 were analysed. In the paper, the effect of coating thickness on deformation and fracture of the coating and substrate in the load range of 1 and 3 N is analysed. Cohesion and adhesion sites of the coating to the substrate were determined. Optical profilometer images, scanning microscope images, and Micro Combi Tester images – CSM Instruments were used to analyse Lc1, Lc2, and crack locations. It was observed that, as the indenter radius increases, cracks in the coating-substrate system develop at increasing loads. Average critical forces are also higher with indenters of 200–500 µm. In the case of indentation only, with the indenter’s radius of 500 um, it is 750 Nm for the thinnest 1 µm coating and 1750 Nm for the 5.2 µm coating.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań pękania układu powłoka–podłoże poddanych obciążeniu działającym w styku skoncentrowanym oraz podczas testu zarysowania. Do badań użyto diamentowego wgłębnika o promieniach zaokrąglenia z zakresu 20–500 µm. Analizowano układy z powłokami CrN w zakresie od 1 do 5 µm nałożone na stal austenityczną X5CrNi18-10. W artykule analizowano wpływ grubości powłok na deformacje i pękanie powłoki i podłoża w zakresie obciążenia 1 i 3 N. Wyznaczono miejsca kohezji i adhezji powłoki do podłoża. Do analizy Lc1, Lc2 oraz lokalizacji pęknięć użyto obrazów z profilometru optycznego, zdjęć z mikroskopu skaningowego i zdjęć z Micro Combi Testera – CSM Instruments. W wyniku przeprowadzonych badań zauważono, że wraz ze wzrostem promieniem zaokrąglenia wgłębnika, pęknięcia układu powłoka–podłoże powstają przy coraz większych obciążeniach. Średnie wartości sił krytycznych również jest większe przy stosowaniu wgłębników 200–500 µm. W przypadku samej indentacji przy promieniu wgłębnika 500 µm wynosi 1 µm, 750 Nm, natomiast dla powłoki 5,2 µm 1750 Nm.

2

Study of Contact Pressures in Total Hip Replacement

Czerniec Myron, Zubrzycki Jarosław

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no 2

176--183

EN

Total hip arthroplasty is a complex procedure. The achievements of implantology enabled the development of a faithful representation of hip joint physiology as well as the production of materials that can successfully replace damaged natural tissues. The challenge is to correctly select the geometry of the endoprosthesis adequate to the load of the joint. Materials used for endoprosthesis are a metal head and a polymer cup (e.g. PE-UHMW). The main interactions in the endoprosthesis are friction and contact pressure, which must not exceed their limit. Exceeding them causes the destruction of the biomechanical system - plastic deformation of the polymer that is too large and the formation of unacceptable radial clearances. The paper presents the author's empirical method of determining the contact pressures in the tribological pair of the acetabulum - the head of the hip joint endoprosthesis. Based on the obtained research results, it was shown that the developed method gives correct solutions to the contact problem and gives reliable results. The assumption for the work was to prove that empirical methods give correct solutions to contact problems on a par with simulation methods such as FEM. The aim of the work was to demonstrate the correctness of the author's empirical method for determining the maximum contact pressures. Based on the author's developed calculation method of hip joint endoprosthesis contact parameters, the impact on maximum contact pressure and the angle of contact of the joint load was estimated depending on the diameter of the endoprosthesis and radial clearance. The correctness of changing the values of maximum contact pressure from the mentioned parameters was determined. Correspondingly: an increase in joint load causes a linear increase in the maximum contact pressure; increasing the diameter of the endoprosthesis head - their non-linear decrease, and increasing radial clearance - their increase.

3

Finite element analysis of mini-plate stabilization of human mandible angle fracture – a comparative study

Wądołowski Piotr, Krzesiński Grzegorz, Gutowski Piotr

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2020

|

Vol. 22, no. 3

105--116

EN

Purpose: The purpose of this study was to analyze three patterns of mandible angle fracture treatment by means of the finite element analysis. Methods: Investigation has been based on the mandible geometry reconstructed with use of hospitalized patient CT data. The KLS Martin mini-plates with corresponding screws were used to establish proper fracture stabilization. Models were run assuming isotropic and elasto-plastic material properties of connecting devices and cortical bone. The main masticatory muscles and artificial temporomandibular joint have been incorporated to assure mandible physiological movement. The gage loading has been applied in three different locations to cover wider range of possible mastication loading cases during daily routine. A different contact conditions have been applied to the fracture plane to simulate both load bearing and sharing behaviors. Prepared FEM models reflect the most frequently used surgery’s approaches to mandible angle fracture treatment. A specific nomenclature has been introduced to describe particular model. The tension plate, with one connecting mini-plate, two-point fixation and combined fixation, both using two mini-plates respectively. Results: Performed analysis allowed for a detailed estimation of the mini-plate connection response under the applied gauge loading. The equivalent stress within the mini-plates and surrounding cortical bone have been compared between all models. Regarding the fracture plane, the contact status and pressure have been considered. Conclusions: The combined fixation model, acting as a biplanar fastener system, presents the highest flexibility and connection efficiency.

4

The Effect of Residual Stress on the Load Bearing Capacity of PVD Coated Surfaces – Part 2

Chronowska-Przywara Kinga, Kot Marcin, Szczęch Marcin

Tribologia

|

2019

|

nr 5

43--49

EN

The article presents the results of modelling tests of the coating-substrate systems subjected to a contact load using a spherical diamond indenter with a 20 μm tip radius. Systems with 1 to 5 μm thick CrN coatings deposited on X5CrNi18-10 austenitic steel substrate were analysed. Systems without residual stress as well as with introduced 2 and 5 GPa compressive residual stresses were analysed. The article presents the effect of coating thickness on substrate deformations at load range up to 1 and 3 N. The evolution of maximum radial stress in the substrate and the range of substrate plastic deformation for the assumed coating thicknesses were also analysed. Modelling results showed a strong relation between maximum critical force and relative coating thickness. The maximum radial stresses in the substrate in a case of systems with a thin 1 μm coating are much smaller than for thicker 5 μm coating, referring to the relative coating thickness. However, the analysis of substrate yielding showed that, for thin 1 and 2 μm coatings, substrates deform plastically at 0.01 and 0.03 N, respectively, while the 5 μm coating prevent plastic deformations up to load 0.32N.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań modelowania układów powłoka–podłoże poddanych obciążeniu działającego w styku skoncentrowanym przy użyciu diamentowego wgłębnika o promieniu zaokrąglenia 20 μm. Analizowano układy z powłokami CrN w zakresie od 1 do 5 μm nałożone na stal austenityczną X5CrNi18-10. Modelowano układy bez naprężeń własnych oraz układy z wprowadzonymi ściskającymi naprężeniami własnymi 2 i 5 GPa. W artykule przedstawiono ewolucje wpływu grubości powłok na deformacje podłoża w zakresie obciążenia do 1 i 3 N. Analizowano również przebieg maksymalnych naprężeń promieniowych w podłożu oraz zakres odkształceń plastycznych podłoża dla założonych grubości powłok i zakresu sił. Wyniki modelowania wykazały dużą zależność pomiędzy maksymalną siłą krytyczną, a względną grubością powłoki. Maksymalne naprężenia promieniowe w podłożu w układach z cienką powłoką 1 μm są znacznie mniejsze niż w przypadku układów z powłoką o grubości 5 μm, odnosząc wyniki do względnej grubości powłoki. Natomiast analiza odkształceń plastycznych podłoża badanych układów wykazała, że podłoże w układach z cienkimi powłokami 1 i 2 μm odkształcają się plastycznie już przy sile 0,01 i 0,03 N. Wzrost siły, przy której dochodzi do odkształceń plastycznych podłoża, widoczny jest w przypadku zmieniającej się grubości zastosowanej powłoki. I tak w przypadku układu z powłoką 5 μm pierwsze odkształcenia plastyczne zaczynają pojawiać się dopiero przy sile 0,32 N.

5

Effect of residual stress on load bearing capacity of PVD coated surfaces

Chronowska-Przywara K., Kot M., Szczęch M.

Tribologia

|

2018

|

nr 4

23--29

EN

The article presents the results of spherical indentation modelling of coating-substrate systems. Modelling was carried out using the finite element method. First of all, the effect of the coating thickness on system deformation and stress distribution was taken into analysis, assuming coating thicknesses of 1, 2, and 5 μm, which are typical for tribological applications as well as models with infinitely thick coating and without a coating. The evolution of maximum radial stresses in the indentation within 0 to 3N load is presented. A significant effect of the coating thickness on the value and location of the maximum stress concentration was observed. The effect of internal stresses on surface bearing capacity with PVD coatings was also analysed. The paper presents the possibility of creating failure maps of coating–substrate systems for the assumed mechanical properties of materials, which allows one to determine the load capacity of coated surface or choose the optimal coating thickness when the maximum strength and contact geometry are known.

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki modelowania sferycznej indentacji układów powłoka-podłoże. Modelowanie prowadzono z użyciem metody elementów skończonych. Analizowano przede wszystkim wpływ grubości powłoki na deformacje układu i rozkład naprężeń, przyjmując typowe w tribologicznych aplikacjach grubości powłok 1, 2 i 5 μm oraz modele z nieskończenie grubą powłoką i bez powłoki. Przedstawiono ewolucję głównie przy maksymalnych naprężeniach promieniowych w zakresie obciążenia wgłębnika od 0 do 1 N. Zaobserwowano istotny wpływ grubości powłoki na wartość i miejsca maksymalnej koncentracji naprężeń. Analizowano także wpływ naprężeń własnych na nośność powierzchni z powłokami PVD. W pracy przedstawiono możliwość tworzenia map niszczenia układów powłoka–podłoże dla założonych właściwości mechanicznych materiałów, dzięki której można określić zakres nośności powierzchni układu lub dobrać optymalną grubość powłoki przy znajomości maksymalnej siły i geometrii kontaktu.

6

Prediction of Compression Properties of Single Jersey Weft-knitted Fabric by Finite Element Analysis Based on the Hyperfoam Material Model

Soltanzadeh Z., Shaikhzadeh N. S., Haghpanahi M., Mohajeri-Tehrani M. R.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2016

|

Vol. 24, no. 2 (116)

82--88

EN

A 3-D finite element model based on the hyperfoam material model was developed in order to predict the compression behaviour of knitted fabrics in a large deformation state. The degree of compressibility of the fabric is determined by the extent of its volume reduction under external pressure. The compression properties of nine produced knitted fabrics at eight pressure values (2.04, 5.10, 10.19, 20.39, 50.97, 101.94, 152.90, and 203.87 kPa) were measured using a fabric thickness tester and results were compared with finite element results. The FEM results of fabric thickness changes (∆T) and fabric compressibility (EMC) showed good agreement with experimental results, with an average error of 5 and 4.9 percent, respectively. However, the results of fabric linearity of the compression (LC) and work of compression (WC) showed fair agreement, with an average error of 24.5 and 24 percent, respectively.

PL

Publikacja dotyczy analizy kompresji dzianin lewo-prawych o trzech wariantach splotów. Scharakteryzowano parametry dzianin, tj. ścisłości rządkowe i kolumienkowe, masy, zapis splotu w rzeczywistym przebiegu i na igłach. Wykonano badania eksperymentalne i teoretyczne procesu ściskania dzianin wraz z analizą porównawczą. Badania teoretyczne przeprowadzono w ramach eksperymentu numerycznego w środowisku programu ABAQUS. Uzyskane wyniki badań posłużą w projektowaniu właściwości fizycznych wyrobów skarpetkowych przeznaczonych dla diabetyków.

7

Dynamic analysis of a soft-contact problem using viscoelastic and fractional-elastic rheological models

Zbiciak A., Kozyra Z.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 1

286--291

EN

The paper presents mathematical formulation of a dynamic soft-contact problem consisting of a material point impacting rheological structures. Two different models were analyzed. The first model concerns a viscoelastic structure while the second one applies to the so-called fractional-elastic scheme. In both cases the formulation of the problem needs the notion of variational inequalities describing unilateral constraints. Moreover, the fractional-elastic model contains an element defined via fractional derivatives (spring-pot) that complicates the numerical solution. Thanks to the methods used in this paper, both problems were described mathematically applying appropriate systems of algebraic-differential equations. The solution of the fractional-elastic problem involving a fractional-differential equation (FDE) was obtained with the use of time-discretization schemes proposed in the literature. Selected numerical results of the initial-value problem solution, modelling a material point falling freely and impacting the rheological structures were presented.

8

A device for the experimental investigation of surface contact under load

Maciołka P., Jędrzejewski J., Grochowski M.

Journal of Machine Engineering

|

2014

|

Vol. 14, No. 3

97--112

EN

The structure of a device for the investigation of the contact deformations of flat surfaces under normal load is described. The conditions, for which the device must satisfy in order to ensure normal load are defined. Errors which may occur during the loading of a rough specimen, relating to the mechanical structure of the device, the specimen itself and the measuring systems, are estimated. Finally, the device is subjected to testing which includes specimen roughness measurements before and after loading, the loading and unloading of the specimens in the device and again measuring their roughness. The device developed herein can be characterisedby its vacuum mounting method of the specimen and also by the accurate and simple loading mechanism, i.e., movable member.

9

A computational procedure for the dynamic analysis of the catenary-pantograph interaction in high-speed trains

Ambrósio J., Pombo J., Pereira M., Antunes P., Mósca A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2012

|

Vol. 50 nr 3

681-699

EN

The quality of the current collection of high-speed trains is dependent on the compatibility of the catenary and pantograph dynamics and on its implications on the contact force. The design and analysis of these systems using proper computational procedures allows capturing all the relevant features of their dynamic behavior. This work proposes an approach to the dynamics of the energy collection system based on the finite elements method, for the catenary, and on multibody dynamics methods, for the pantograph, integrated via a co-simulation procedure. A contact model based on a penalty formulation is selected to represent the pantograph-catenary interaction. The methodology is applied to the study of high speed train operations with multiple pantographs, as this environment constitutes one of the limiting scenarios for the increase of the operation speed.

PL

Sprawność obecnie eksploatowanych pociągów wysokich prędkości zależy od dynamicznej kompatybilności układu pantografów z siecią trakcyjną i wynikającymi siłami kontaktu pomiędzy tymi elementami. Projektowanie i analiza tego układu z wykorzystaniem odpowiednich procedur obliczeniowych pozwala uchwycić najważniejsze cechy dynamiczne obiektu badań. W pracy zaproponowano zastosowanie metody elementów skończonych do analizy dynamiki sieci energetycznej oraz równania ruchu wieloelementowego układu brył sztywnych do opisu zachowania się pantografu. Do tego celu użyto odpowiedniej procedury współsymulacyjnej. Do reprezentacji interakcji pomiędzy siecią a pantografem, wybrano sformułowanie oparte na funkcji kary. Metodologię przetestowano dla przypadku pociągów wysokich prędkości z wieloma pantografami. Ich jakość oraz jakość współpracy z siecią trakcyjną stanowi jeden z czynników ograniczających osiąganie coraz większych prędkości maksymalnych pociągów.

10

Surface topography parameters important in contact mechanics

Pawlus P., Zelasko W., Michalski J.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2012

|

Vol. 6, No. 4

16-19

EN

The random surface models are important to many statistical peak-based contact models of rough surfaces. Statistics of 3D surface topographies and 2D profiles are compared and their interrelationship examined for generated and measured common random engineering surfaces. The applicability of the spectral moments approach to random surface specification is checked. Parameters important in contact mechanics, like summit density, summit curvature and summit height obtained by their definitions and predicted by the spectral moment approach, as well as calculated directly from profiles are compared. Also, the values of plasticity index are computed using various methods. Good agreement is found between theory and measurement.

11

Contact mechanics of coating-substrate systems: Monolayer and multilayer coatings

Kot M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 4

464--470

EN

The paper presents issues related to contact mechanics of coating-substrate systems and problems with analysis of their mechanical properties. The author's model of deformations of such systems based on a complex analysis of nanoindentation tests and FEM modeling is also presented. This model allows identification of the areas submitted to the highest stress concentration with their quantitative analysis. Studies were carried out on TiN monolayer and Ti/TiN multilayers deposited on steel substrates. For multilayers the impact of soft Ti layers on coating fracture was investigated.

12

Komputerowe modelowanie kontaktu pomiędzy chropowatymi powierzchniami

Jedynak R.

Tribologia

|

2008

|

nr 5

55-71

PL

Artykuł przedstawia matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. W pierwszej części artykułu przypomniano klasyczny model kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią (model Greenwooda i Williamsona [L. 8]), który był dyskutowany w innych artykułach [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20]. Model Greenwooda i Williamsona opisuje średnią liczbę kontaktów mikronierówności z powierzchnią gładką, powierzchnię rzeczywistego styku oraz siłę nacisku odpowiadającą zbliżeniu do powierzchni, nie opisuje natomiast wielkości odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. Autor artykułu wyprowadza nowy matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w takim kontakcie. Model ten jest oparty na geometrycznym i statystycznym modelu Greenwooda i Williamsona [L. 8]. W drugiej części artykułu jest wyprowadzony nowy matematyczny model kontaktu przestrzennego mikronierówności powierzchni pomiędzy dwoma chropowatymi powierzchniami. Model ten opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia dwóch chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. Artykuł zawiera wyniki symulacji komputerowej dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią oraz między dwoma chropowatymi powierzchniami. Otrzymane zależności mają nieliniowy charakter i pokazują na silny związek z typem rozkładu wysokości mikronierówności pokrywających rozpatrywane powierzchnie. Wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności, dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią, jest zawsze większa niż w kontakcie między dwoma chropowatymi powierzchniami dla ustalonego rozkładu wysokości mikronierówności i ustalonego parametru wnikania powierzchni.

EN

The article presents the mathematical model, which describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations of rough surfaces in the given moment of time. In the first part of this article, the classical model of contact between a rigid, smooth surface and a rough surface (Greenwood & Williamson model L. 8) which was discussed in other articles [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20]. This model describes the expected number of contacts, the mean contact area, and expected load, but it does not describe the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surface and a smooth surface in a given moment of time. The author of the article introduces a new mathematical model that describes the size of volume deformations of asperities in this contact. This model is based on Greenwood & Williamson’s [L. 8] geometrical and statistical model. In the second part of this article, a new mathematical model of spatial contact of asperities between two rough surfaces is shown. This model describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surfaces in a given moment of time. This article shows the results of the computer simulation for contact between a rigid, smooth surface and a rough surface and between two rough surfaces. Received dependencies have a non-linear character and show a strong relationship with the type of the height distribution of the asperities covering the studied surfaces. The size of the volume deformations of asperities for the contact between a rigid, smooth surface and a rough surface is always larger than the contact between two rough surfaces for the fixed height asperity distribution and fixed separation of surfaces.

13

A model of contact between rough surfaces

Kostek R., Konowalski K.

Tribologia

|

2008

|

nr 5

95-105

EN

The paper presents a non-linear mathematical model describing mechanical properties of dry contact of rough surfaces, loaded in the normal direction with the range of contact pressure 0–1.9 and 0–8 MPa. The surfaces of the joints were loaded the first time, thus irreversible characteristics were observed. The characteristics of the contacts are complex, virgin contacts are more flexible and plastic deformation is significant, while stabilised contacts are stiffer, and deflection has mostly an elastic character. The mentioned phenomena were described by a non-linear model, which can be used in future simulations (e.g. FEM, DEM, MBS) and for practical purposes. The structure and parameters of the model were identified from experimental data, which were measured time histories of normal load and normal contact deflection.

PL

Artykuł prezentuje nieliniowy matematyczny model, opisujący mechaniczne własności kontaktu, niesmarowanych powierzchni chropowatych, obciążonych w kierunku normalnym, w zakresie obciążenia od 0–1,9 oraz 0–8 MPa. Powierzchnie połączeń kontaktowych były obciążone pierwszy raz, tak więc zaobserwowano odkształcenia plastyczne. Własności mechaniczne kontaktu są złożone, odkształcenia plastyczne kontaktu obciążonego pierwszy raz są znaczące, a co się z tym wiąże kontakt jest bardziej podatny. Podczas gdy ustabilizowany kontakt jest sztywniejszy i odkształcenia mają głównie charakter sprężysty. Wymienione zjawiska zostały opisane przez nieliniowy model kontaktu, który może być wykorzystany w dalszych badaniach (np. MES, MED., MBS) oraz w praktyce. Struktura i parametry modelu zostały zidentyfikowane na podstawie zmierzonych przebiegów czasowych obciążenia i odkształcenia.

14

Zagadnienia odwrotne mechaniki kontaktu

Witkowski J.

Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Edukacja Techniczna i Informatyczna

|

2008

|

T. 3

35-48

EN

The aim of this paper is to remind the set of theoretical problems of contact which are the basis for formulating and verification of the contemporary approximate methods of contact mechanics of real bodies.

15

The Analytical Study of Garment Pressure on the Human Body Using Finite Elements

Mirjalili S. A., Rafeeyan M., Soltanzadeh Z.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2008

|

Vol. 16, no. 3 (68)

69--73

EN

This paper reports an analytical study of the contact pressure between an elastic garment and some parts of the human body whose geometries are cylindrical and conical, which is based on contact mechanics. The results of this model are compared with a numerical simulation using the finite element method as well as an experimental approach. This model is based on an analysis of contact areas between body and the garment. The numerical solution is done using ANSYS-9 software. The results showed good agreement between the analytical and software analysis. As a result, validation of the software is guaranteed for analysis of other areas of the body using this software. The results show a maximum error of about 7 percent between the theoretical and software solutions. An experimental case study shows there is always good agreement in the presence of friction which, was not included in the analytical and software solutions.

PL

Artykuł przedstawia badania sił występujących w przypadku kontaktu elastycznych fragmentów ubrań z niektórymi częściami ciała człowieka. Założono, że fragmenty ciała człowieka mają kształt cylindryczny i stożkowy. Dla tak zdefiniowanego modelu porównano wyniki uzyskane dla numerycznej symulacji metodą elementów skończonych oraz badaniami eksperymentalnymi. Opisany model oparty jest na analizie powierzchni kontaktu pomiędzy ciałem i ubiorem. Rozwiązanie numeryczne zostało oparte o program komputerowy ANSYS-9. Uzyskane wyniki wykazują dobrą zgodność pomiędzy parametrami analitycznymi i analizą komputerową. Ocena obliczeń wykonanych za pomocą programu komputerowego pozwala stwierdzić, że również inne części ciała, niż badane, mogą być analizowane za pomocą tego programu. Uzyskano błąd maksymalnie 7% pomiędzy wartościami teoretycznymi a uzyskanymi dzięki programowi komputerowemu. Eksperymentalne badania wskazują również, że istnieje dobra zgodność wyników w przypadku wystąpienia tarcia, które nie zostało włączone w obliczenia numeryczne.

16

Wstęp do mechaniki niehertzowskiego kontaktu

Witkowski J.

Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Edukacja Techniczna i Informatyczna

|

2007

|

T. 2

47-95

17

Bio-inspired mechanics of bottom-up designed hierarchical materials: robust and releasable adhesian systems of gecko

Yao H., Gao H.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2007

|

Vol. 55, nr 2

141-150

EN

To explore the basic principles of hierarchical materials designed from nanoscale and up, we have been studying the mechanics of robust and releasable adhesion nanostructures of gecko [1]. On the question of robust adhesion, we have introduced a fractal-like hierarchical hair model to show that structural hierarchy allows the work of adhesion to be exponentially enhanced as the level of structural hierarchy is increased. We show that the nanometer length scale plays an essential role in the bottom-up design and, baring fracture of hairs themselves, a hierarchical hair system can be designed from nanoscale and up to achieve flaw tolerant adhesion at any length scales. For releasable adhesion, we show that elastic anisotropy leads to orientation-dependent adhesion strength. Finite element calculations revealed that a strongly anisotropic attachment pad in contact wit h a rigid substrate exhibits essentially two levels of adhesion strength depending on the direction of pulling.

18

Wear patterns and laws of wear - A review

Zmitrowicz A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2006

|

Vol. 44 nr 2

219-253

EN

Wear is a process of gradual removal of a material from surfaces of solids subject to contact and sliding. Damages of contact surfaces are results of wear. They can have various patterns (abrasion, fatigue, ploughing, corrugation, erosion and cavitation). The results of abrasive wear are identified as irreversible changes in body contours and as evolutions of gaps between contacting solids. The wear depth profile of a surface is a useful measure of the removed material. The definition of the gap between contacting bodies takes into account deformations of bodies and evolutions of wear profiles. The wear depth can be estimated with the aid of wear laws. Derived in this study, constitutive equations of anisotropic wear are extensions of the Archard law of wear. The equations describe abrasion of materials with microstructures. The illustrative example demonstrates calculations of the abraded mass and temperatures in pin-on-disc test rig.

PL

Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału z powierzchni stykających i ślizgających się ciał stałych. Następstwem zużycia są uszkodzenia powierzchni styku. Mogą one przyjmować różną formę (ścierania, zmęczenia, bruzdowania, korugacji, erozji i kawitacji ) Konsekwencjami procesu zużycia ściernego są nieodwracalne zmiany kształtów ciał oraz powiększanie luzów (szczelin) między stykającymi się ciałami. Użyteczną miarą usuniętego materiału jest profil głębokości zużycia powierzchni. Definicja luzu między stykającymi się ciałami uwzględnia odkształcenia ciał oraz ewolucję profili zużycia. Głębokość zużycia może być oszacowana z pomocą praw zużycia. Wyprowadzone w niniejszej pracy równania konstytutywne anizotropowego zużycia są rozszerzeniem prawa zużycia Archarda. Opisują one ścieranie materiałów z mikrostrukturą. W przykładzie ilustracyjnym obliczono ubytek masy i temperaturę w stanowisku doświadczalnym typu pin-on-disc.

19

Wear debris: a review of properties and constitutive models

Zmitrowicz A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2005

|

Vol. 43 nr 1

3--35

EN

Wear appears as gradual removal of a material from contacting and rubbing surfaces of solids during their relative sliding. The mechanism of wear involves formation of debris particles. The particles have small sizes and different shapes. The wear debris can be "rolled over" into cylindrical, spherical and needle-like particles. Particles are detached from rubbing surfaces and they form a more or less continuous interfacial layer. They transmit forces, moments and displacements (translational and rotational) at the contact interface. The presence of wear debris between sliding surfaces affects frictional and wear behaviour significantly. Constitutive relations characterize quasi-solid, quasi-fluid and granular-like behaviour of wear particles. In the paper, two constitutive models of wear debris are discussed: (a) material continuum, (b) granular medium. The continuum models are formulated for a micropolar thermoelastic material, micropolar fluid and thermo-viscous fluid.

PL

Zużycie jest to stopniowe usuwanie materiału ze stykających i trących się powierzchni ciał stałych podczas ich względnego poślizgu. Mechanizm zużycia powoduje tworzenie cząstek zużycia. Cząstki są o małych wymiarach i różnych kształtach. Cząstki zużycia mogą być "zrolowane" w walce, kule lub igiełki. Cząstki oddzielone od trących się powierzchni tworzą prawie ciągłą warstwę pośrednią. Przekazują one siły, momenty i przemieszczenia (translacyjne i obrotowe) w obszarze styku. Obecność cząstek zużycia między ślizgającymi się powierzchniami oddziaływuje w sposób istotny na zjawiska tarcia i zużycia. Relacje konstytutywne charakteryzują własności cząstek zużycia typu qusi-ciało stałe, quasi-płyn i ośrodek granulowany. W pracy rozpatrzono dwa modele konstytutywne cząstek zużucia: (a) model ośrodka ciągłego, (b) model ośrodka granulowanego. Modele typu ośrodka ciągłego zostały sformułowane dla mikropolarnego materiału termosprężystego, płynu mokropolarnego i płynu termo-lepkiego.

20

Plastic deformation of surface roughness and bulk at contact loading.

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2004

|

Vol. 28, nr 3

85-97

EN

The work presents results of the experimental research on the influence of roughness on the value of total and plastic deformations under normal loading, which exceed yield limit of material. The experiments were performed on both anisotropic and isotropic surfaces, what enabled to evaluate the influence of directionality of geometrical surface structure on contact deformations. A degree of deformation of roughness zone was expressed by changes in the 3D roughness height parameters.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu chropowatości na wielkość całkowitych oraz plastycznych deformacji przy obciążeniach normalnych znacznie przekraczających granice plastyczności materiału. Badania prowadzono na powierzchniach o strukturze zdeterminowanej oraz losowej, co pozwoliło ocenić wpływ kierunkowości powierzchni na odkształcenia kontaktowe. Stopień deformacji strefy chropowatości wyrażono miarą zmiany wielkości parametrów 3D chropowatości.