Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Investigation of lower limb injury under different contact stiffness for drivers during frontal crash

Xiao Sen, You Siqi, Tian Tengfei, Wu Jindong, Zhang Hao

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2022

|

Vol. 24, no. 2

83--93

EN

Lower extremity injuries in AIS2+ were the most costly injuries through the statistical analysis of traffic accidents. This study aimed to investigate the response characteristics of the lower limb with different contact stiffness, in which knee cushion and foot cushion were applied. First, a model with a human body and a car was established, and the muscle function was activated in lower extremity of human model. Second, the deceleration pulse with a peak of 186 m/s2 was applied to the car to simulate the frontal crash. Then, four sets of simulations with different contact stiffness are conducted to obtain the lower limb responses. Results indicate that the maximum loading of the left and right legs during the impact was 1.29 and 1.22 kN, respectively. Meanwhile, the maximum moment were 28.82 and 52.17 Nm, respectively. The maximum stress of lower extremity was 87.35 MPa, and the maximum tibia index was 0.230. It was demonstrated that the injury risk of the femur in the groups with equipment of knee cushion and foot cushion was low, but the injury risk of the tibia increased at the same time. This study could provide a reference to the study of lower limb injury in a frontal impact.

2

Doświadczalne wyznaczanie sztywności kontaktowej kulek łożyskowych

Kosmol J.

Modelowanie Inżynierskie

|

2018

|

T. 37, nr 68

62--67

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analitycznych dotyczących odkształceń kontaktowych w obszarze kontaktu kulki łożyskowej z powierzchnią płaską. Celem tych badań było zweryfikowanie spotykanych w literaturze modeli analitycznych do obliczania współczynnika sztywności kontaktowej. Spotykane w literaturze modele analityczne niekonieczne dają takie same wyniki. W artykule przedstawiono stanowisko badawcze do pomiaru odkształceń kontaktowych, w którym można swobodnie wywierać i mierzyć siłę kontaktową oraz mierzyć przemieszczenie kontaktowe. Badaniami objęto kulki o trzech średnicach: 6, 10,4 i 12,7 mm. Analiza porównawcza zmierzonych odkształceń kontaktowych i obliczonych wg modeli analitycznych potwierdziła, że dla kontaktu kulki z płaską powierzchnią różnice są niewielkie, co pozwala sformułować wniosek o zasadności stosowania modeli analitycznych do obliczeń odkształceń kontaktowych.

EN

The paper presents results of experimental and analytical investigation of contact displacements in the field of a bearing ball and flat surface contact. The main aim of the investigation was verification of research literature analytical models for contact stiffness coefficient computation. The analytical models finding in literature not necessarily give the same results. The paper shows an experimental stand for contact displacements measuring and generating and measuring contact loads. The investigation has taken into account balls about three diameters: 6, 10,4 and 12,7 mm. The comparing analysis of measured contact displacements and computed using analytical models confirmed that for a ball and flat surface contact differences are small. It makes possible to formulate a conclusion about legitimacy of using the analytical models for contact displacements computation.

3

Wpływ współczynnika sztywności kontaktowej i współczynnika tarcia na siły kontaktowe w łożysku tocznym

Kosmol J., Stawik K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2016

|

T. 27, nr 58

65--74

PL

W artykule przedstawiono wyniki modelowania metodą elementów skończonych zjawisk kontaktowych w łożysku tocznym skośnym. Celem modelowania było wyznaczenie związku pomiędzy siłami kontaktowymi a prędkością obrotową łożyska i napięciem wstępnym. W szczególności, oszacowano wpływ dwóch znaczących parametrów modelowania zjawisk kontaktowych, tj. współczynnika sztywności kontaktowej i współczynnika tarcia. Wykazano znaczący wpływ pierwszego współczynnika na wielkość sił kontaktowych oraz nieznaczny wpływ drugiego współczynnika. Wiedza o wpływie tych współczynników jest istotna dla właściwej interpretacji wyników modelowania, ponieważ na ogół zostają one dobierane automatycznie przez system obliczeniowy, a użytkownik nie jest świadomy przyjętych wartości do obliczeń numerycznych.

EN

The paper presents some results of contact phenomena modeling in angular bearing using Finite Element Method. The main goal of the modeling was identification of relationship between contact forces and rotational speed and preload of the bearing. Particularly influence of two important parameters of contact phenomena modeling, i.e. contact stiffness and friction coefficient was estimated. It was shown that the first one has an important influence on the contact forces but the second one has a small influence. Knowledge about influence of the parameters is very important for interpretation the results obtained from modeling because in many cases these parameters are chosen automatically by the computational system and the user is not conscious of the chosen value used while computing.

4

Normal contact stiffness of fractal rough surfaces

Buczkowski R., Kleiber M., Starzynski G.

Archives of Mechanics

|

2014

|

Vol. 66, nr 6

411–-428

EN

We used the fractal theory based on a single variable Weierstrass–Mandelbrot function to obtain the normal contact stiffness if rough and smooth isotropic surfaces are pressed against each other. Because in the original fractal theory the distribution of contact area is assumed geometrically, we propose the method in which the actual deformation of asperities and a correction due to asperity coupling (interaction) will be taken into account. This correction is equivalent to an increase of the effective separation by a quantity proportional to the nominal pressure and it has a significant effect on contact stiffness at larger normal loads (low separations). The numerical results demonstrate a nonlinear evolution of the contact stiffness with the normal load in particular in the first stage of loading at low squeezing pressures. We have compared the results of the theoretical contact stiffness using the fractal method with the experimental ultrasonic measurements. Experimental results made on real surfaces agree remarkably well with the theoretical predictions.

5

Fundamental issues in self-excited chatter in grinding

Entwistle R., Stone B.

Journal of Machine Engineering

|

2013

|

Vol. 13, No. 3

26--50

EN

The modelling of chatter in grinding is more complex than for metal cutting. This is because the number of parameters that influence the onset of chatter in grinding is daunting. Also, unlike metal cutting, the growth of chatter in grinding may take a significant time and so growth rates are also important. Initially the modelling of grinding chatter was simply an extension of that already developed for metal cutting. However this was soon found to be inadequate and the models were increased in complexity to include improved grinding force models the contact stiffness of the wheel and regeneration of surface waves on both the work and wheel. Some solutions to chatter in grinding were also proposed. Most notably these included the use of varying speed and flexible grinding wheels. This position paper re-visits the almost universal assumption that grinding chatter is always regenerative. It is shown that a grinding force model for oscillating conditions, that has been experimentally confirmed, indicates that both torsional vibration and non-regeneration need to be considered. The consequences for current methods of chatter elimination are discussed.

6

Wykorzystanie współczynnika odbicia fal ultradźwiękowych do oceny kontaktu powierzchni chropowatych

Starzyński G., Mackiewicz S., Szelążek J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

71--79

PL

Dla zrozumienia wielu procesów zachodzących na styku dwóch elementów (tarcia, zużycia, połączeń skurczowych) niezbędna jest możliwość wyznaczenia lub obliczenia rzeczywistej powierzchni styku oraz sztywności kontaktowej. Jedną z technik stosowanych w badaniach kontaktu jest badanie odbicia fal ultradżwiękowych od kontaktujących się pod obciążeniem powierzchni. Gdy fala ultradźwiękowa pada na granicę kontaktujących się chropowatych powierzchni, część jej energii przechodzi do drugiego ośrodka, a część odbija się od pustych przestrzeni. Z literatury znana jest zależność miedzy współczynnikiem odbicia fali ultradźwiękowej a sztywnością kontaktową. W pracy przedstawiono unikatowe W Polsce urządzenie do jednoczesnego mierzenia odkształcenia stykowego i współczynnika odbicia dla fali podłużnej (L), jak i fali poprzecznej (T), padającej na kontaktujące się powierzchnie. Korzystając z niego, można obliczyć sztywność normalną (na podstawie wyników pomiarów za pomocą fal podłużnych) oraz styczną (na podstawie pomiarów za pomocą fal poprzecznych) w funkcji stykowego obciążenia normalnego. W pierwszym etapie badań współczynnik odbicia fali ultradźwiękowej był mierzony na próbkach ze stali 45 po trzech różnych obróbkach powierzchniowych: kulowanych (Sa = 5,2 um), frezowanych (Sa = 2,6 um) i piaskowanych (Sa = 0,65 um). Powierzchnie te były obciążane w granicach od 0 do 800 MPa przez sztywną, bardzo gładką powierzchnię stempla, a następnie odciążane. Pomiary dla fali poprzecznej i podłużnej prowadzono zarówno podczas obciążania, jak i odciążania. Z pomiarów i późniejszych obliczeń uzyskano zależności sztywności kontaktowej w funkcji normalnego obciążenia i odciążenia powierzchni. Sztywność kontaktowa rośnie z obciążeniem i osiąga największe Wartości (rzędu 6 GPa/um) dla najmniej chropowatej powierzchni piaskowanej i jest ponad 10 razy większa od sztywności powierzchni kulowanej. Kolejna część eksperymentu dotyczyła oceny wpływu rodzaju materiału na sztywność kontaktową. Wykonano próbki z trzech różnych stali: węglowej 45, chromowo manganowej 40HM oraz konstrukcyjnej S235 o znacząco różniących się granicach plastyczności. Badania wykazały, że fale poprzeczne nie reagują na zmianę właściwości wytrzymałościowych stali, a fale podłużne są wyraźnie wrażliwe na zmianę granicy plastyczności i wytrzymałości materiału próbek. Różne przebiegi sztywności kontaktowej dla fali podłużnej i poprzecznej, uzyskane na próbkach o takiej samej chropowatości, ale różnej granicy plastyczności, dowodzą możliwości wykorzystania techniki ultradżwiękowej do przybliżonej, nieniszczącej oceny tego ważnego parametru materiałowego.

EN

The ability to determine or calculate the real contact area and interfacial (contact) stiffness to understand many of the processes taking place at the interface between two elements (friction, wear, Shrink connections) is required. One of the techniques used in the study of contact is monitoring of the ultrasonic wave reﬂection coefﬁcient from the contacting surfaces under load. When the ultrasonic waves strikes the border contacting rough surfaces, part of its energy is transmitted into a second medium and the other part is reﬂected from the cavities. From the literature the dependence reﬂection coefﬁcient - interfacial stiffness is known. The paper presents a device unique in Poland for simultaneous measurement of the contact strain and reﬂection coefﬁcient of longitudinal waves (L) and transverse wave (T) striking the surfaces of two solids in contact. The normal stiffness can be calculated (from longitudinal waves measurement) and tangential stiffness (from transverse waves measurement) as a function of the contact normal load. In the ﬁrst stage of the study, an ultrasonic wave reﬂection coefﬁcient was measured on the samples of steel 45 after three different surface treatments: shot peened (Sa = 5.2 um), mifled (Sa = 2.6 um), and sandblasted (Sa = 0.65 um). These surfaces were loaded up to 800 MPa by a rigid, very smooth stamp surface and then unloaded. Measurements of the transverse and longitudinal waves reﬂection were realized during both loading and unloading. The interfacial stiffnesses were obtained from the measurements and subsequent calculations as a function of normal loading and unloading. The interfacial stiffness increases with load and reaches the highest value (about 6 GPa/um) for the sandblasted surface and is 10 times higher compared to the stiffness of the shot peened surface. In the second stage of the experiment, the inﬁuence of the material mechanical properties on the contact stiffness was evaluated. Three types of samples were manufactured ofdifferent steel: carbon 45, chrome and manganese 40HM and construction steel S235 with signiﬁcantly different yield limits. The studies have shown that transverse waves do not respond to changes in the mechanical properties of steel, but the longitudinal waves are sensitive to changes in the yield strength of the samples. Different values of interfacial stiffness for longitudinal and transverse waves, obtained from samples of the same roughness but different yield show the possibility of ultrasonic evaluation of this important material parameter in a non-destructive way.

7

Analiza doświadczalna sztywności kontaktowej stycznej płaskich połączeń stykowych

Leus M., Gutowski P.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 6, nr 37

185-192

PL

W pracy przedstawiono oryginalne stanowisko badawcze do badania sztywności kontaktowej styku w kierunku stycznym. Przedstawiono wyniki badań współczynników sztywności kontaktowej stycznej styku dla par ciernych stal-stal i stal-żeliwo w funkcji obciążenia styku w kierunku normalnym do jego powierzchni i w zależności od chropowatości powierzchni tworzących styk. Wyznaczone wartości tych współczynników wykorzystywane są w dynamicznych modelach tarcia Dahla i Duponta, za pomocą których autorzy prowadzą analizy symulacyjne wpływu drgań kontaktowych stycznych wzdłużnych na się tarcia w ruchu ślizgowym.

EN

The original testing stand for experimental examination of tangential contact stiffness of joints is described in the paper. Also the results of experimen-tal tests of tangential contact stiffness coeffcients of joints for different friction couples in dependence on the load in normal direction and in a function of roughness of the contact surfaces are given. The steel-steel and steel-cast iron couples were tested. The determined values of these coeffcients are used in Dah's and Dupon's dynamic models of friction with the use of which the authors of this paper have studied the influence of longitudinal tangential contact vibration on friction force in sliding motion.

8

Experimental research and modeling of normal contact stiffness and contact damping of machined joint surfaces

Konowalski K.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2009

|

Vol. 33, nr 3

53-68

EN

The present paper presents a test stand used to measure normal contact stiffness of flat contact joints of steel surfaces subjected to mechanical treatment. The test stand was used to determine the dependence of normal contact displacements on contact pressures. On the basis of the obtained characteristics a non-linear model of a contact joint was developed. The model describes a dependence of normal contact stiffness and damping on mean pressures and the amplitude of dynamic load with a harmonic course. The model was based on the Kelvin-Voight model widely used in the literature on the subject taking into consideration the stiffness and damping variable.

PL

W pracy przedstawiono stanowisko do badania stykowej sztywności normalnej płaskich połączeń stykowych i powierzchni elementów stalowych po obróbce mechanicznej. Wyznaczono zależność odkształcenia stykowego normalnego od nacisku powierzchniowego. Na podstawie uzyskanych charakterystyk opracowano model nieliniowy połączenia stykowego, który opisuje zależność sztywności stykowej normalnej i tłumienia od średnich wartości nacisku oraz amplitudy obciążenia dynamicznego o przebiegu harmonicznym. Podstawą opracowania jest model ciała lepko-sprężystego Kelvina-Voighta, przy uwzględnieniu zmiennej sztywności i tłumienia.

9

Experimental Results and Models of the Tire/Road Contact

Kröger M., Gäbel G., Moldenhauer P.

Machine Dynamics Problems

|

2007

|

Vol. 31, No. 2

84-94

EN

The contact between tire tread block and road surface is very complicated and usually unknown. The dynamic behaviour of the tread blocks is strongly influenced by the contact situation e.g. contact stiffness, local friction coefficient as well as wear which changes the tread block geometry and in hence the local contact forces. Within this paper a dynamic tread block model is presented describing the dynamic tread block behaviour using an effective reduction method. The model is built up modularly and combines the non-linear contact stiffness due to the rough surface, the local friction coefficient in dependency of the relative velocity and wear mechanisms. Measurements of the different contact phenomena which are considered in the model are shown and exemplary simulation results are presented to clarify the effectiveness of the modular model.

10

Modeling of frictional contact parameters of mechanical systems

Abdo J.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2006

|

Vol. 11, no 3

449-465

EN

It is well recognized that the contact stiffness, true contact area, and the contact force are among the key features in the study of friction system behavior. This paper presents the development of formulae for the mechanical component of dry-friction at the interface of two microscopic rough surfaces. Elastic deformation under the influence of the contact forces is considered. The elastic contact model formulation between interacting asperities is not assumed to occur only at asperity peaks, thus allowing the possibility of oblique contacts wherein the local contact surfaces are no longer parallel to the mean planes of the mating surfaces. It is shown that the approach enables the separation of the contact area into its normal and tangential projections and the contact force into its normal and tangential components. The mathematical model of contact is utilized to develop formulae for normal and tangential contact stiffness. The analytical method is used to estimate contact stiffness components. Contact parameter values for the sample are derived from the surface profile data taken from a 1.0 mm by 10 mm test area. The profile is measured using a Mahr profilometer. A computer program is written and used to analyze the profile data. The analysis yields the asperity density, average asperity radius, and the standard deviation for each test area.

11

Investigation of noise and vibration at frictional contact in mechanical systems

Abdo J. A.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2004

|

Vol. 9, no spec.

183-192

EN

This paper is motivated by the realization that the phenomena of noise and vibration caused by frictional contact in mechanical systems must be related to the properties of the contact. The three parameters of interest to vibration response are equivalent (macroscopic) contact stiffness, damping and friction function (contact tangential-to-normal load ratio). The dynamic response of a spring-mass-damper in frictional contact with a moving platform is considered. The equations for contact stiffness as well as viscoelastic characteristics are implemented in the equations of motion of mass-spring-damper system. It is shown that the formulation of contact stiffness and force allows the inclusion of frictional contact without the necessity of including friction/velocity relation phenomenologically. That is no assumption of friction/velocity relation is made in the formulation of the governing differential equations. Friction is obtained together with the resulting dynamic response of the system. It is demonstrated that the contact and the mechanical system have a mutual influence, i.e. effect and feedback.

12

Evaluation of geometrical structure and contact stiffness of surfaces after electromechanical burnishing.

Bartoszewicz A., Radziejewska J., Starzyński G., Musialik J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2002

|

Vol. 26, nr 3

5-23

EN

The scanning profilometry was the basis of the analysis of surface geoemtrical structure after electromechanical burnishing. The size and distribution of roughness irregularities were determined on the basis of isometric views, contour maps and symmetrical bearing curves. A quantitative analysis of geometrical structure was performed by means of selected 3D parameters and roughness functions. A comparison between profilometric results and contact stiffness evaluation was performed. The influence of the burnishing process speed on geometrical structure and the contact stiffness was determined.

PL

Profilometria skaningowa stanowiła podstawę analizy struktury geometrycznej powierzchni po nagniataniu elektromechanicznym. Wielkość i rozmieszczenie nierówności chropowatości, wyznaczono na podstawie widoków izometrycznych, map warstwicowych i symetrycznych krzywych nośności. Analizę ilościową struktury geometrycznej przeprowadzono za pomocą wybranych parametrów 3D. Wymiki profilometrycznej oceny powierzchni porównano z wynikami badań sztywności kontaktowej przeprowadzonych na unikatowym stanowisku. Stwierdzono wpływ prędkości procesu nagniatania na strukturę geometryczną i sztywność kontaktową powierzchni.