Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.2
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pp.117-125
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2015
This paper presents a dynamic modeling method for the indeterminate spindle-bearing system supported by multiple bearings of different types. A spindle-bearing system supported by ball and cylindrical roller bearings is considered. The de Mul's bearing model is extended for calculating ball and cylindrical roller bearing stiffness matrices with inclusion of centrifugal force and gyroscopic moment. The dependence between spindle shaft reaction forces and bearing stiffness is effectively resolved using an iterative approach. The spindle rotor dynamics is established with the Timoshenko beam theory based finite elements. The spindle reaction forces, bearings stiffness and spindle natural frequencies are obtained with taking into account spindle radial load, ball bearing axial preload and rotational speed effects. The developed method is verified by comparing the simulation results with those from a commercial program.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.2
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pp.109-116
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2010
It is important to make a mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structure dynamics. In finite element analysis model updating is appropriate as the design parameter is used to analyze the dynamic system. The errors can be contained from the physical parameters and the element modeling. From the dynamic test, more precise dynamic characteristics can be obtained. In this paper, model updating algorithm is developed using frequency difference between experiment and calculation. Modal frequencies are obtained by experiment and finite element analysis for beams with various cross section and shapes which have added masses and holes in the middle. For plates with and without groove, experiment and analyses are carried out by applying free boundary conditions as well. Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies in case that both matrices are updated. An improved analytical model is obtained by changing model parameters such that the discrepancy between test and finite element frequencies is minimized. For beam and plate models updating of mass and stiffness matrices can improve the dynamical behavior of the model by acting on the physical parameters such as masses and stiffness.
Park, Hyo-Keun;Kim, Dong-Man;Kim, Yu-Sung;Kim, Myung-Kuk;Chen, Seung-Bae;Kim, Dong-Hyun
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.2
s.119
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pp.105-113
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2007
In this study, three-dimensional rotordynamic analyses have been conducted using equivalent beam, hybrid and full three-dimensional models. The present computational method is based on the general finite element method with rotating gyroscopic effects of the rotor system. General purpose commercial finite element code, SAMCEF which includes practical rotordynamics module with various types of rotor analysis tools and bearing elements is applied. For the purpose of numerical verification, comparison study for a benchmark rotor model with support bearings is performed first. Detailed finite element models based on three different modeling concepts are constructed and then computational analyses are conducted for the realistic and complex three-dimensional rotor system. The results for rotor stability and mass unbalance response are presented and compared with the experimental vibration test data conducted herein.
This study lays emphasis on the development of efficient analytical models for a multistory structure with wings, including the in-plane deformation of floor slabs. For this purpose, a multistory structure with wings is regarded as the combination of multistory structures with rectangular plan and their junctions. In addition, a multistory structure with a rectangular plan is considered to be an assemblage of two-dimensional frames and floor slabs connecting two adjacent frames at each floor level. This modeling, concept can be easily applied to multistory structures with plans in the shape of L, T, Y, U, H, etc. To represent the in-plane deformation of floor slabs efficiently, a two-dimensional frame and the floor slab connecting two adjacent frames at each floor level are modeled as a stick model with two degrees of freedom per floor and a stiff beam with shear deformations, respectively. Three models are used to investigate the effect of in-plane deformation of the floor slab at the junction of wings on the seismic behavior of structures. Based on the comparison of dynamic analysis results obtained using the proposed models and three-dimensional finite element models, it could be concluded that the proposed models can be used as an efficient tool for an approximate analysis of a multistory structure with wings.
Having its roots in medical applications, industrial gamma ray CT has opened up new roads far investigating and modeling industrial processes. Using a line of research related to industrial gamma ray CT, the authors set up a system of single source and detector gamma transmission tomography for wood timber and a packed bed phantom. The hardware of the CT system consists of two servo motors, a data logger, a computer, a radiation source and a radiation detector. One motor simultaneously moves the source and the detector for a parallel beam scanning, whereas the other motor rotates the scan table at a preset projection angle. The image is reconstructed from the measured projections by the filtered back projection method. The phantom was designed to simulate a cross section of a packed bed with a void. The radiation source was 20mCi of Cs-137 and the detector was a 1 inch $\times$ 1 inch NaI (TI) scintillator shielded by a lead collimator. The experimental gamma ray CT image has sufficient resolution to reveal air holes and the density distribution inside the phantom. The system could possibly be applied to a packed bed column or a pipe flow in a petrochemical plant.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.387-394
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1999
Artificial Neural Network (ANN) is a computational model inspired by the structure and operations of the brain. It is massively parallel system consisting of a large number of highly interconnected and simple processing units. The purpose of this paper is to verify the applicability of ANN to predict experimental results through the use of measured experimental data. Although there have been accumulated data based on hysteretic characteristics of structural element with cyclic loading tests, it is difficult to directly apply them for the analysis of elastic and plastic response. Thus, simple models with mathematical formula such as Bi-Linear Model, Ramberg-Osgood Model, Degrading Tri Model, Takeda Model, Slip type Model, and etc, have been used. To verify the practicality and capability of this study, ANN is adapted to several models with mathematical formula using numerical data To show the efficiency of ANN in nonlinear analysis, it is important to determine the adequate input and output variables of hysteretic models and to minimize an error in ANN process. The application example is Beam-Column joint test using the ANN in modeling of the linear and nonlinear hysteretic behavior of structure.
Small-scale models of reinforced concrete beam-column joints and anchorage-bond specimens were subjected to large cyclic displacements at two rates. To assess damage, free vibration tests were conducted. The reliability of the modeling techniques was established by comparison of the results for the slower rate with those obtained from the full-scale tests on prototype. The higher rate of loading caused a greater damage than that at the slower rate. This was evidenced by the measurements of the stiffness obtained from the free-vibration test. The relatively greater extent of damage appears to result from the different bond behavior at different rates of loading.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.7
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pp.711-719
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2010
Heliostat, as a concentrator reflecting the incident solar energy to the receiver located at the tower, is the most important system in the tower-type solar thermal power plant, since it determines the efficiency and performance of solar thermal plower plant. Thus, a good sun tracking ability as well as its good optical property are required. In this paper, we propose a method to compensate the heliostat sun tracking error. We first model the sun tracking error, which could be measured using BCS (Beam Characterization System), by multilayered neural network. Then the extended Kalman filter was employed to train the neural network. Finally the model is used to compensate the sun tracking errors. Simulated result shows that the method proposed in this paper improve the heliostat sun tracking performance dramatically. It also shows that the training of neural network by the extended Kalman filter provides faster convergence property, more accurate estimation and higher measurement noise rejection ability compared with the other training methods like gradient descent method.
Fretting, which is a special type of wear, is defined as small amplitude relative motion along the contacting interface between two materials. The structural integrity of steam generators in nuclear power plants is very much dependent upon the fretting wear characteristics of Inconel 690 U-tubes. In this study, a finite element model that can simulate fretting wear on the secondary side of the steam generator was developed and used for a quantitative investigation of the fretting wear phenomenon. Finite element modeling of elastic contact wear problems was performed to demonstrate the feasibility of applying the finite element method to fretting wear problems. The elastic beam problem, with existing solutions, is treated as a numerical example. By introducing a control parameter s, which scaled up the wear constant and scaled down the cycle numbers, the algorithm was shown to greatly reduce the time required for the analysis. The work rate model was adopted in the wear model. In the three-dimensional finite element analysis, a quarterly symmetric model was used to simulate cross tubes contacting at right angles. The wear constant of Inconel 690 in the work rate model was taken as $K=26.7{\times}10^{-15}\;Pa^{-1}$ from experimental data obtained using a fretting wear test rig with a piezoelectric actuator. The analyses revealed donut-shaped wear along the contacting boundary, which is a typical feature of fretting wear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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