MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798384453734
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31301077
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aCen,  Jialiang.
■24510▼aFinite  Element  Analysis  of  Cyclic  Normal  and  Sliding  Contact  of  Elastic-Plastic  Homogeneous  and  Layered  Half-Space  Media  -  Effects  of  Interfacial  Properties  and  Topography  on  Deformation  Behavior
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Berkeley▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a99  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Komvopoulos,  Kyriakos.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2024.
■520    ▼aFundamental  understanding  of  contact  interactions  between  two  surfaces  is  of  paramount  importance  as  surface-surface  contact  phenomena  can  be  found  in  a  wide  range  of  applications,  such  as  microelectromechanical  systems  (MEMS),  wire  bonding  in  electronic  packaging,  total  joint  replacements  (TJR),  oscillating-slide  actuators,  bolted  and  riveted  joints,  shroud  and  snubber  in  turbine  blades,  and  components  operating  in  a  microgravity  environment.  As  result  of  contact  interactions,  material  loss  occurs  and  can  lead  to  undesirable  outcomes.  Therefore,  the  primary  objective  of  this  dissertation  was  to  develop  a  finite  element  method  (FEM)  based  framework  to  investigate  the  effects  of  cyclic  normal  and  shear  (friction)  traction,  coefficient  of  friction,  and  surface  topography  on  material  damage,  removal  rate,  and  failure  mechanisms.First,  the  problem  of  a  rigid  flat  and  a  patterned  surface  pressed  against  an  elastic-plastic  half-space  exhibiting  isotropic  strain  hardening  was  analyzed  using  the  FEM  to  elucidate  the  development  of  plasticity.  Simulation  results  in  dimensionless  form  were  obtained  and  discussed  to  illuminate  the  effects  of  geometry,  imprint  depth,  and  coefficient  of  friction  on  the  evolution  of  plasticity.  The  deformation  due  to  the  impression  of  the  patterned  surface  was  largely  affected  by  the  interaction  of  the  stress  and  strain  fields  produced  by  neighboring  protrusions,  resulting  in  a  three-stage  normal  force  response.  Examination  of  plastic  flow  of  the  half-space  material  into  the  pattern  cavities  revealed  that  cavity  filing  became  prominent  with  increasing  protrusion  distance  of  the  patterned  surface  and  decreasing  coefficient  of  friction.  This  study  introduced  a  computational  methodology  for  fine-tuning  key  design  and  process  parameters  aimed  to  enhance  the  efficiency  of  metal  imprinting.Next,  a  plane-strain  FEM  model  of  a  rigid  cylinder  in  reciprocating  sliding  contact  with  an  elastic-plastic  half-space  exhibiting  isotropic  strain  hardening  was  introduced  to  investigate  plasticity-induced  damage  leading  to  material  loss  in  oscillatory  sliding  contact.  By  incorporating  a  quasi-static,  isothermal  damage  model  based  on  a  ductile  material  failure  criterion  into  the  developed  FEM  model,  plasticity-induced  cumulative  damage  was  tracked  in  terms  of  a  dimensionless  damage  parameter.  Numerical  results  yielded  insight  into  the  effects  of  normal  load  and  coefficient  of  friction  on  material  loss  due  to  the  accumulation  of  plasticity  with  oscillation  cycles.  Specifically,  plastic  deformation  and  wear  increased  with  the  number  of  cycles  and  coefficient  of  friction  due  to  the  intensification  of  plastic  shearing.  A  non-monotonic  increase  of  wear  with  normal  load  was  observed,  which  was  explained  by  the  distribution  of  plastic  shear  strain  produced  under  high-  and  low-load  oscillatory  sliding  conditions  and  the  decrease  of  the  fraction  of  contact  area  where  slip  occurred  with  the  increase  of  the  normal  load.  The  developed  computational  methodology  for  exploring  the  evolution  of  plasticity,  damage,  and  material  loss  in  reciprocating  sliding  contacts  is  an  effective  tool  for  assessing  the  effects  of  load,  friction,  and  material  behavior  on  the  mechanical  performance  of  mechanical  systems  with  components  experiencing  oscillatory  contact.Although  most  engineering  surfaces  are  nominally  smooth,  they  demonstrate  random  roughness  over  a  wide  range  of  nano/micro-scales.  Henceforth,  it  is  imperative  to  develop  numerical  models  of  the  material  removal  rate  for  engineering  interfaces  undergoing  reciprocating  sliding  that  take  into  account  the  effect  of  the  interface  topography.  To  this  end,  an  elastic-plastic  contact  mechanics  analysis  of  an  isotropic  strain  hardening  half-space  in  oscillatory  sliding  contact  with  a  rigid  surface  exhibiting  multi-scale  roughness  characterized  by  fractal  geometry  was  performed  with  the  FEM.  Cumulative  damage  was  tracked  by  a  dimensionless  damage  parameter  and  material  stiffness  degradation  was  modeled  by  a  degradation  parameter  depending  on  fracture  energy.  Aside  from  the  subsurface  stress  and  plastic  strain  fields,  the  effects  of  fractal  parameters  (roughness)  on  the  material  removal  rate  were  investigated.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aEngineering
■653    ▼aDelamination
■653    ▼aFinite  element  analysis
■653    ▼aFractal  surface
■653    ▼aPlasticity
■653    ▼aSliding  contact
■653    ▼aTotal  joint  replacements
■690    ▼a0548
■690    ▼a0537
■690    ▼a0215
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162141▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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