Analysis of lock nut loosening in a forklift drive axle

주석재 대한기계학회 2013 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.27 No.2

The present study investigates the cause of the loosening of the lock nut in a forklift drive axle. Structural analysis of the wheel shaft assembly revealed that the slippage on the contact surface of the lock nut was considerable, especially when the preloads on the bearing set were lacking. Macroscopic observation of the worn out contact surface revealed that circular scratches were formed whose radii were nearly the same as the slippage distance in the structural analysis results. Experimental simulation of the loosening of the lock nut was successfully carried out.

회전원판 내에 존재하는 균열에 대한 응력확대계수

주석재 울산대학교 1986 연구논문집 Vol.17 No.1

회전원판 내에 존재하는 균열에 대한 응력확대계수를 J 적분과 유한요소법을 이용하여 구하였다. 회전으로 인한 원심력이 존재하기 때문에 J 적분식을 다소 수정하였다. 요소의 원심력은 각 node에 고르게 나누어 각 node에서의 반경방향으로 가하였다. 균열길이가 같은 경우 원판 밖으로 터진 균열에 내한 응력확대계수가 원판 내에 갇힌 균열의 두 배가량이었다. 원판 내에 갇힌 균열의 경우 원판의 중심에서 가까운 균열선단에 대한 응력확대계수가 중심에서 먼 균열선단보다 높았다. The stress intensity factors for a crack in a rotating disk were calculated using the concept of J-integral and the finite element method. J-integral formula was modified in consideration of the presence of a centrifugal force due to rotation. The centrifugal force of an element was divided equally and applied in a radial direction at each node of the triangular element. The stress intensity factor for an edge crack is always larger than that for an internal crack of the same crack length and the maximum ratio reaches about two. For an internal crack with two crack tips the stress intensity factor at inner crack tip is always larger than that at outer crack tip.

원격 CO₂ 레이저 용접이음에 대한 피로시험과 해석

주석재,조군,Chu, Seok-Jae,Zhao, Jun 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

A remote $CO_2$ laser system can rapidly change both the distance and the direction of the laser beam by moving a lens and rotating mirrors. It is then easy to weld complex patterns of weld lines. A conventional spot weld joint specimen and a remote $CO_2$ laser weld joint specimen with complex weld line patterns were prepared and tested both statically and dynamically. The relationships between the fatigue strength, i. e. the maximum cyclic force, and the fatigue life were obtained. The fatigue strength of the tested welded joints at two million cycles was found to be approximately 10% of the static strength. Furthermore, it was observed that the fatigue fracture mode changed with the level of the applied cyclic force. The fatigue crack origins were confirmed as the highest stress points found in the structural analysis. The maximum cyclic stress for different weld patterns converges as the fatigue life approaches two million cycles. 원격 $CO_2$ 레이저는 렌즈와 거울을 사용하여 신속하게 레이저 빔을 편향시키므로 복잡한 패턴을 그리기 쉽다. 기존 점용접 시편과 원격 $CO_2$ 레이저 여러 가지 용접선 패턴 시편을 준비하여 정적인장시험과 동적피로시험을 수행하였다. 피로수명(피로파단까지 하중반복횟수)에 대한 피로강도(최대피로하중) 데이터를 얻었다. 수명 이백만 회일 때 피로강도는 대체로 정적 인장강도의 10%이었다. 그리고, 피로하중 수준에 따라 피로파괴형태가 달라지는 것을 발견하였다. 구조해석 결과 응력이 높은 부위와 피로균열 발생부위가 일치하는 것으로 확인되었다. 수명 이백만 회일 때 모든 용접선 패턴에 대하여 최대응력이 서로 비슷하여지는 것을 확인하였다.

3차원 동전형상 계면균열에 대한 응력강도계수의 유한요소해석

주석재 울산대학교 1999 공학연구논문집 Vol.30 No.1

J 적분을 이용하여 유한요소의 해에서 에너지해방률을 계산하여 3차원 계면균열에 대한 응력강도계수 KⅠ, KⅡ 를 추출하는 방법을 개발하였다. 균열선단에 아주 가까운 적분경로를 사용함으로써 3차원 균열문제에서 면 적분으로 주어지는 수정 항을 추가하지 않고도 선 적분만으로 간편하게 에너지해방률을 구하였다. 유한요소의 해에 이론 해를 중첩하였을 때 중첩하기 전후의 에너지해방률의 증가를 살펴 응력강도계수를 결정하였다. 평면 계면균열, 동전 계면균열에 대한 본 논문의 해를 기존 이론 해와 비교하여 본 방법의 타당성을 입증하였다. A numerical method is presented for extracting stress intensity factors for a 3-D interface crack from the finite element solution by calculating energy release rates using the J-integral. An integration contour is selected sufficiently close to the crack tip to avoid calculating the contribution from complicated correction terms in 3-D crack problems. Stress intensity factors KⅠ, KⅡ are determined from the change in energy release rates for the finite element solution perturbed by theoretical crack tip displacement field. Comparison of the present results to existing theoretical ones confirms the validity of the method.

다점용접이음의 피로 시험과 해석 (Fatigue Test and Analysis of Multi-point Spot Welded Joints )

주석재,이광후 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.1 No.1

$J_k$ 적분을 이용한 이방성 복합적층판에 대한 혼합 모우드 파괴문제의 해석

주석재,홍창선 대한기계학회 1989 대한기계학회논문집 Vol.13 No.3

본 논문에서는 J$_{1}$,J$_{2}$ 적분과 K$_{I}$,K$_{II}$ 사이의 완전한 관계를 좁은 직사각형 경로를 택하여 간판하게 유도하였다. 그리고 유한요소의 해로 J$_{2}$적분을 효율적으로 계산하는 방법을 제시하였다.이미 해가 존재하는 문제 를 본 방법으로 다루어 그 결과를 비교하였고 일방향(unidirectional) 적층판 cantil- ever 평판 내의 single edge crack에 대한 해를 제시하였다. The $J_{k}$ integral method for determining mixed mode stress intensity factors separately in the cracked anisotropic plate is developed. Stress intensity factors are indirectly determined from the values of $J_{1}$ and $J_{2}$. The $J_{2}$ integral can be evaluated efficiently from a finite element solution, neglecting the contribution from the portion of the integration contour along the crack faces, by selecting the integration contour in the vicinity of the crack tip. Using functions of a complex variable, the complete relations between $J_{1}$, $J_{2}$ and $K_{I}$ , $K_{II}$ for anisotropic materials are derived conveniently by selecting narrow rectangular contours shrinking to the crack tip. Compared to the existing path independent integral methods, the present method does not involve calculating the auxiliary solution and hence numerical procedures become quite simple. Numerical results to various problems are given and demonstrate the accuracy, stability and versatility of the method.

다점용접이음의 피로수명 예측에 관한 연구

주석재,Ju, Seok-Jae 대한기계학회 2002 大韓機械學會論文集A Vol.26 No.3

In real structures, multi-spot welded joints are more frequently used than a single-spot welded joint. Most researches, however, have been focused to a single-spot welded joint until now. In this paper, the fatigue behavior of multi-spot welded joints are investigated using the finite element solutions of the multi-spot welded specimens. The local strain approach is used rather than the stress intensity factor approach to estimate the fatigue life since the former is quite simple and straightforward. It is found that the fatigue behavior of multi-spot welded joints is different from that of single-spot welded joints. The local strain approach is still applicable to multi-spot welded joints.

안정피로성장 중인 표면균열 형상변화의 해석

주석재,Chu, Seok-Jae 대한기계학회 1996 大韓機械學會論文集A Vol.20 No.9

The multi-point procedure is developed to predict the shape change of a semi-elliptical surface crack during stable fatigue crack growth. 3-D stress intensity factors along a crack front are calculated using the simplified 3-D J-intergral. Crack growth rate coefficient in the Paris law is assumed to be constant along the crack growth. Crack growth rate is set to be the distance between the two parallel tangent lines on the two semi-elliptic crack fronts before and after crack growth.

레이저 용접이음의 피로강도

주석재,신인섭 울산대학교 2001 공학연구논문집 Vol.32 No.2

점용접은 승용차 차체 용접법으로 이제까지 널리 사용되었으나 최근에 일부 점용접이 레이저 용접으로 대체되었고 적용사례가 점점 많아지고 있다. 레이저 용접은 점용접에 비하여 생산속도, 생산제품의 칫수정확도, 경량화 특성 등에서 뛰어나다. 이 논문에서는 레이저 용접의 정적강도와 피로강도를 실험과 해석적인 방법으로 점용접과 비교하였다. 정적강도에 대하여 레이저 용접조건의 영향을 조사하여 정적강도 예측식을 구하였다. 피로강도에 대하여 레이저 용접과 점용접 모두 용접부 가장자리 최대스트레인으로 정리하니 서로 일치하였다. Spot-welded joints have been widely used in passenger car industry. Recently, some spot-welded joints are replaced by laser-weld joints and such applications are increasing. Laser-welded joints are superior to spot-weld joints in production speed, accuracy of the product and production of light-weight structure. In this paper, both the static strength and fatigue strength of laser-welded joints are compared to those of spot-welded joints experimentally and analytically. The influence of change in welding conditions on the static strength are investigated from the results of tensile tests. The equation to predict the static strength can be constructed from the above influence factors. From the finite element solution, the maximum strains at the edge of the weld on surface of the specimens are calculated. The fatigue strength is inversely proportional to the maximum strain during the load cycle.

유한요소-J 적분법을 이용한 3차원 응력강도계수의 계산

주석재 울산대학교 1995 공학연구논문집 Vol.26 No.1

2차원 균열문제에 대한 J 적분법을 3차원 균열문제에 확대하여 적용하는 방법을 개발하였다. 표면적분인 3차원 J 적분을 균열전선 어느 짧은 구간을 포위한 충분히 가는 원통 적분표면을 선택하여 균열전선과 수직인 평면에서의 2차원 J 적분으로 환원하였다. 유한요소의 수치적분점을 통과하는 적분 경로가 균열전선과 수직인 평면 상에 놓이도록 균열전선을 포위한 15 절점 퇴화요소의 3각형 양측면이 각각 균열전선과 수직이도록 절점을 배치하였다. 몇 개의 3차원 균열문제를 통하여 본 논문에서 개발한 방법의 정확성과 안정성을 입증하였다. The J-integral method widely used for 2-D crack problems is extended to cover 3-D crack problems. Selecting a cylindrical surface of sufficiently small radius and nearly zero length along the crack front as an integration surface, the 3-D j-integral can be reduced to the 2-D J-integral defined on the plane perpendicular to the crack front. To make the plane perpendicular to the crack front, two triangular faces of the 15-node degenerate elements around the crack front are set to be perpendicular to the crack front. The accuracy and stability of the present method are confirmed through some 3-D example crack problems.