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학위논문 상세정보

구름접촉에서 표면과 내부표면의 크랙전파에 관한 수치적 연구 원문보기
A Nurmerical Investigation on Crack Propagation in Surface and Subsurface during Rolling Contact

  • 저자

    崔盛晩

  • 학위수여기관

    명지대학교

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    機械工學科

  • 지도교수

  • 발행년도

    1998

  • 총페이지

    ix, 65 p.

  • 키워드

    구름접촉 표면 내부표면 크랙전파 수치적;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8948793&outLink=K  

  • 초록

    구름접촉 피로크랙은 기어, 베어링, 그리고 철도선로에서 가장 일반적인 피로 형식중 하나이다. 이것에는 두 가지 형식이 있다. 첫 번째 형식은 접촉표면의 크랙이 개시된 후에, 개시된 크랙이 표면에 기울어진 각도로 전파한다. 두 번째 형식은 크랙은 최대 주기 전단응력 영역 안에서 표면 아래의 커다란 비금속 함유물에서 개시될 것이다. 두 경우에 표면재료의 덩어리들을 떼어 내거나 파단을 일으키는 방향을 바꾸기 전에 이 지역에서 계속 크랙이 전파한다. 이 논문에서는 구름접촉 표면크랙과 내부표면크랙을 위한 2차원 FEM 모델을 개발하고자 한다. 이 모델은 크랙면 사이의 마찰 고착 효과를 고려하였다. 내부표면 크랙에 대한 응력확대계수를 점하중에 지배를 받는 짧은 직선크랙을 접촉역학적으로 해석해서 얻은 결과와 Hertz의 하중에 지배를 받는 짧은 직선크랙을 유한요소해석으로 얻은 결과와 비교하였다. 결과적으로 접촉역학적 해석결과와 유한요소해석을 통한 결과가 잘 일치하였다. 이 결과는 내부표면 직선크랙은 순수 모드 II 하중에 지배를 받는다는 것을 보여주었다. △K_II값과 Paris의 크랙성장모델에 기본을 두고, 초기 개시 길이에서부터 마지막 스펄링 길이까지 구름성분 안의 크랙을 성장시키기 위해서 필요한 응력반전의 수를 계산하였다. 이를 통하여 크랙전파기간은 기대되는 베어링 피로수명와 비교해서 작다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 크랙전파는 수직하중을 받으면서 작동하는 베어링의 피로파괴에서 지배인자가 아니다. 표면크랙의 경우에는 윤활유의 영향을 고려하여 유압이 크랙면에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 이를 통하여 크랙면에 유압이 작용하지 않을 때 크랙 열림현상이 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있었다. 아울러 하중의 움직임 방향과 크랙면 마찰계수의 응력확대계수에 미치는 영향을 알아보았다.


    Rolling contact fatigue cracks are one of the most common of failure in gears, bearings and railway track. There are two different forms of contact fatigue crack. The cracks may be initiated at the contacting surface, and thereafter propagate at a shallow angle to the surface; alternatively they may be initiated at large non-metallic inclusions below the surface, in the region of maximum cyclic shear stress. In both cases, the cracks continue to propagate in this region before either detaching lumps of surface material, or changing direction to cause catastrophic failure. A two-dimensional Finite element model for the rolling contact surface crack and subsurface crack subjected to Hertzian pressure distribution has been developed in this thesis. The model takes into account the effect of frictional locking between the faces of the crack. The stress intensity factors for short straight subsurface cracks and lubricated surface cracks subjected to a Hertzian loading are calculated by the finite element method. The effect of crack face friction on stress intensity factors is considered for straight surface crack and lubricated surface cracks. The calculations show that the straight subsurface crack is subjected to pure mode II loading and the cycle of mode II SIF is sensitive to the direction of motion of the load due to frictional locking between the surface crack faces. Based on the ΔK_II values and Paris's crack growth model, the number of stress reversals required to grow a crack in a rolling component from an initial threshold length to the final spalling length was estimated. It was found that the crack propagation period is small compared with the expected bearing fatigue life. Therefore, crack propagation is not the rate controlling factor in the fatigue failure of bearings operating under normal loading levels.


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