Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.11
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pp.1105-1110
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2012
The spine is one of the most important skeletal joints, and it strongly affects the health of the musculoskeletal system. A normal spine has an S-shape, and it is very important to maintain this shape. Recently, spinal diseases such as low back pain have increased rapidly, especially among the elderly. Some of these diseases are caused by congenital spinal disorders and sporting and accident injuries as well as by bad postures. Improper spinal postures could generate excessive disc pressure, which is related to degeneration and pain. Therefore, in this study, we investigated the three-dimensional kinematic parameters of the thoraco-lumbar joint in several bad postures using a motion capture analysis technique. Different bad postures created a significant amount of flexion/extension, side bending, and axial rotation angle compared with neutral postures. Further study is necessary to investigate the disc pressure and ligament force due to the increase in joint rotation from the bad postures.
Ring, groove and cylinder bore wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in ring face, groove geometry and cylinder bore diameter can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blowby and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each part's wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of rings, grooves and cylinder bore are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of each part are turn out to be around the band of averaged test values or a little below.
Cylinder bore wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in cylinder bore diameter can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blow-by and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each pare0s wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of cylinder bore diameter are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of cylinder bore diameter are turn out to be twice of the lower bound of averaged test values at TDC and the lower bound at BDC.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.11
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pp.98-105
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2010
In this paper, double ball-bar is used to estimate the geometric errors of a rotary table, which includes one-axial motion, two-radial motions and two-tilt motions, except the angular positioning error. To simplify the measurement procedures, three measurement steps have been designed and developed. At each measurement step, one end of the double ball-bar is fixed at the nose of spindle and the other end is located on the rotary table. And specific circular test path is planned to keep the distance between two balls as constant at ideal case. The relationship including the geometric errors of a rotary table and the measured distance between two balls which is distorted by the geometric errors is defined by using ball-bar equation. Each geometric error is modeled as $4^{th}$ order polynomial considering $C^1$-continuity. Finally the coefficients of polynomial are calculated by least-square method. Simulation is done to check the validation of the suggested method considering set-up errors and measurement noise. Suggested method is applied to estimate geometric errors of a rotary table of a 5-axis machine tool.
This paper presents the study of the bending behavior of mooring chain links for keeping the position of the offshore floating structures. In general, chain links have been thought as the axial members due to the fundamental boundary condition. But, the flexural stiffness can be induced to the contact surface between chain links when friction occurs at the surface of the chain links due to high tensile force. Especially, the mooring chains for offshore floating platforms are highly tensioned. If the floater suffers rotational motion and the mooring chain links are highly tensioned, the rotation between contact links, induced by the floater rotation, generates the bending moment and relevant stresses due to the unexpected bending stiffness. In 2005, the mooring chain links for the Girassol Buoy Platform were failed after just 5 months after facility installation, and the accident investigation research concluded the chain failure was mainly caused by the fatigue due to the unexpected bending stress fluctuation. This study investigates the pattern of the induced bending stiffness and stresses of the highly tensioned chain links by nonlinear finite element analysis.
Ring and groove wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in ring face and groove geometry can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blow-by and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each part's wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of rings and grooves are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of each part are turn out to be at the lower bound of aver-aged test values or a little below.
The previous studies reflected the significant effect of neutral-axis position and coupling of in-plane and out-of-plane displacements on behavior of functionally graded (FG) nanobeams. In thin FG beam, this coupling can be eliminated by a proper choice of the reference axis. In shear deformable FG nanobeam, not only this coupling can't be eliminated but also the position of neutral-axis is dependent on through-thickness distribution of shear strain. For the first time, in this paper it is avoided to guess a shear strain shape function and the exact shape function and consequently the exact position of neutral axis for arbitrary gradation of higher order nanobeam are obtained. This paper presents new methodology based on differential transform and collocation methods to solve coupled partial differential equations of motion without any simplifications. Using exact position of neutral axis and higher order beam kinematics as well as satisfying equilibrium equations and traction-free conditions without shear correction factor requirement yields to better results in comparison to the previously published results in literature. The classical rule of mixture and Mori-Tanaka homogenization scheme are considered. The Eringen's nonlocal continuum theory is applied to capture the small scale effects. For the first time, the dependency of exact position of neutral axis on length to thickness ratio is investigated. The effects of small scale, length to thickness ratio, Poisson's ratio, inhomogeneity of materials and various end conditions on vibration and buckling of local and nonlocal FG beams are investigated. Moreover, the effect of axial load on natural frequencies of the first modes is examined. After degeneration of the governing equations, the exact new formulas for homogeneous nanobeams are computed.
Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
This paper is concerned with protecting piezoelectric transducers used in an ultrasonic flowmeter from the high temperature of hot fluid in a pipe by using a waveguide and with improving the propagation of ultrasonic longitudinal vibration in the waveguide. Waveguide material has been chosen for efficient insulation of heat transferred in the waveguide, and the minimum length of the waveguide for protecting piezoelectric transducer has been estimated. Forced response of the longitudinal vibration in a uniform circular rod has been obtained and the length of the waveguide has been selected for maximum amplitude. Longitudinal vibration response of a conically-tapered rod excited at a natural frequency has been obtained to confirm that wave motion is amplified as the cross-sectional size of the waveguide decreases along the axial direction. The fact that dispersion of a pulse wave in a waveguide is reduced as the cross-sectional radius is decreased has been examined theoretically and confirmed experimentally by using a single-rod waveguide. A bundle-type waveguide has proven to be a practical one through the evaluation of the wave propagation performance.
Park, Jae Hyeon;Sohn, Dong Kyung;Kim, Chang Hyun;Baek, Je Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.2
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pp.75-83
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2016
Since a turbomachine has complex flow characteristics, which are caused by adverse pressure gradient and high speed motion, an elaborate turbulence model is needed to accurately predict the flow. Some turbulence models such as an algebraic or a two-equation eddy viscosity model have been used for in-house RANS-code, but it is difficult to obtain good result for several complex flows. In this study, Durbin's V2-F turbulence model, which has been known for better prediction for severe flow separation, is applied to T-Flow. It was validated for simple cases such as channel and compressor cascade, and its applicability to turbomachinery was shown by analyzing internal flow of a single rotor. As a result, the V2-F turbulence model shows better blade surface pressure distribution than the one-and-two equation turbulence model.
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