International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제5권4호
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pp.50-60
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2004
A very flexible beam can be used to model various types of continuous mechanical parts such as cables and wires. In this paper, the dynamic properties of a very flexible beam, included in a multibody system, are analyzed using absolute nodal coordinates formulation, which is based on finite element procedures, and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In order to consider the dynamic interaction between a continuous large deformable beam and a rigid multibody system, a combined system equations of motion is derived by adopting absolute nodal coordinates and rigid body coordinates. Using the derived system equation, a computation method for the dynamic stress during flexible multibody simulation is presented based on Euler-Bernoulli beam theory, and its reliability is verified by a commercial program NASTRAN. This method is significant in that the structural and multibody dynamics models can be unified into one numerical system. In addition, to analyze a multibody system including a very flexible beam, formulations for the sliding joint between a very deformable beam and a rigid body are derived using a non-generalized coordinate, which has no inertia or forces associated with it. In particular, a very flexible catenary cable on which a multibody system moves along its length is presented as a numerical example.
The dynamic response and the mooring line tension of a 1/75 scale model of spar-type platform for 2.5 MW floating offshore wind turbine subject to one-dimensional regular harmonic wave are investigated numerically and verified by experiment. The upper part of wind turbine which is composed of three rotor blades, hub and nacelle is modeled as a lumped mass the scale model and three mooring lines are pre-tensioned by means of linear springs. The coupled fluid-rigid body interaction is numerically simulated by a coupled FEM-cable dynamics code, while the experiment is performed in a wave tank with the specially-designed vision and data acquisition system. The time responses of surge, heave and pitch motions of the scale platform and the mooring line tensions are obtained numerically and the frequency domain-converted RAOs are compared with the experiment.
A semi-analytical numerical approach for the effective structural dynamic response analysis of spar floating substructure for offshore wind turbine subject to wave-induced excitation is introduced in this paper. The wave-induced rigid body motions at the center of mass are analytically solved using the dynamic equations of rigid ship motion. After that, the flexible structural dynamic responses of spar floating substructure for offshore wind turbine are numerically analyzed by letting the analytically derived rigid body motions be the external dynamic loading. Restricted to one-dimensional sinusoidal wave excitation at sea state 3, pitch and heave motions are considered. Through the numerical experiments, the time responses of heave and pitch motions are solved and the wave-induced dynamic displacement and effective stress of flexible floating substructure are investigated. The hydrodynamic interaction between wave and structure is modeled by means of added mass and wave damping, and its modeling accuracy is verified from the comparison of natural frequencies obtained by experiment with a 1/100 scale model.
항공기와 자동차 부품과 관련된 많은 제조업에서, 낮은 비중과 높은 강도에서 뛰어난 알루미늄 합금(Al2024)은 효과적으로 사용되었다. 가공소재의 표면거칠기 품위를 위한 정면밀링 가공기술은 이들 분야에서 적용되어 왔다. 챔퍼된 드로우 어웨이 타입의 인서트를 갖는 정면밀링 가공은 단지 이론적으로 완전한 평면을 생산할 수 있다. 그러나 그것은 절삭온도, 소성변형, 동적효과 등으로 인하여 불가능하다. 본 논문에서 실험적 연구는 검증된 고속가공이 가능한 정면밀링커터 바디를 사용하여 Al2024의 고속가공 후 표면거칠기를 개선하기 위하여 수행되었다.
The response of an embedded body to dynamic loads is greatly influenced by the reactions of the soil to the motion of the body. The properties of the soil surrounding embedded bodies (e.g., piles) may be different than those of the far-field for a variety of reasons. It may be weakened or strengthened according to the method of installation of piles, or altered due to applying one of the soil strengthening technique (e.g., electrokinetic treatment of soil, El Naggar et al. 1998). In all these cases, the shear strength of the soils and its shear modulus vary gradually in the radial direction, resulting in a radially inhomogeneous soil layer. This paper describes an analysis to compute vertical and torsional dynamic soil reactions of a radially inhomogeneous soil layer with a circular hole. These soil reactions could then be used to model the soil resistance in the analysis of the pile vibration under dynamic loads. The soil layer is considered to have a piecewise, radial variation for the complex shear modulus. The model is developed for soil layers improved using the electrokinetic technique but can be used for other situations where the soil properties vary gradually in the radial direction (strengthened or weakened). The soil reactions (impedance functions) are evaluated over a wide range of parameters and compared with those obtained from other solutions. A parametric study was performed to examine the effect of different soil improvement parameters on vertical and torsional impedance functions of the soil. The effect of the increase in the shear modulus and the width of the improved zone is investigated.
Purpose: We sought to understand why a high-speed rotating projectile featuring a fuze-and-body assembly sometimes exhibited airburst, and we intended to improve the flight stability by eliminating airburst. Methods: We performed characteristic factor analysis, structural mechanics modeling, and dynamic modeling and simulation; and we scheduled firing tests to discover the cause of airburst. We used a step-by-step procedure to analyze the reliability function for selecting the bonding force standard that prevents airburst. Results: The 00MM high-speed rotating projectile features a fuze bonded to a body assembly; the bonding sometimes can break on firing. The resulting contact force, vibration and roll damping during flight generated yaw. Flight became unstable; fuze operation triggered an airburst. Our reliability test improved the bonding force standard (the force was increased). When the bonding force was at least the minimum required, a firing test revealed that airburst/flight instability disappeared. Conclusion: Analysis and identification of the causes of flight instability and airburst render military training safer and enhance combat power. Ammunition must perform as designed. Our method can be used to set standards that improve the performances of similar types of ammunition.
We in this article study nonlinear thermal buckling of bi-directional functionally graded beams in the theoretical frameworks of nonlocal strain graded theory. To begin with, it is assumed that the effective material properties of beams vary continuously in both the thickness and width directions. Then, we utilize a higher-order shear deformation theory that includes a physical neutral surface to derive the size-dependent governing equations combining with the Hamilton's principle and the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometric nonlinearity. It should be pointed out that the established model, containing a nonlocal parameter and a strain gradient length scale parameter, can availably account for both the influence of nonlocal elastic stress field and the influence of strain gradient stress field. Subsequently, via using a easier group of initial asymptotic solutions, the corresponding analytical solution of thermal buckling of beams is obtained with the help of perturbation method. Finally, a parametric study is carried out in detail after validating the present analysis, especially for the effects of a nonlocal parameter, a strain gradient length scale parameter and the ratio of the two on the critical thermal buckling temperature of beams.
This paper analyzes nonlinear free vibration of the circular nano-tubes made of functionally graded materials in the framework of nonlocal strain gradient theory in conjunction with a refined higher order shear deformation beam model. The effective material properties of the tube related to the change of temperature are assumed to vary along the radius of tube based on the power law. The refined beam model is introduced which not only contains transverse shear deformation but also satisfies the stress boundary conditions where shear stress cancels each other out on the inner and outer surfaces. Moreover, it can degenerate the Euler beam model, the Timoshenko beam model and the Reddy beam model. By incorporating this model with Hamilton's principle, the nonlinear vibration equations are established. The equations, including a material length scale parameter as well as a nonlocal parameter, can describe the size-dependent in linear and nonlinear vibration of FGM nanotubes. Analytical solution is obtained by using a two-steps perturbation method. Several comparisons are performed to validate the present analysis. Eventually, the effects of various physical parameters on nonlinear and linear natural frequencies of FGM nanotubes are analyzed, such as inner radius, temperature, nonlocal parameter, strain gradient parameter, scale parameter ratio, slenderness ratio, volume indexes, different beam models.
Several types of column-beam connections are used in the design of steel structures. This situation causes different cross-section effects and, therefore, different displacements and deformations. In other words, connection elements such as welds, bolts, continuity plates, end plates, and stiffness plates used in steel column-beam connections directly affect the section effects. This matter reveals the necessity of knowing the steel column-beam connection behaviours. In this article, behaviours of bolted column-beam connection with end plate widely used in steel structures are investigated comparatively the effects of the stiffness plates added to the beam body, the change in the end plate thickness and bolt diameter. The results obtained reveal that the moment and force carrying capacity of the said connection increases with the increase in the end plate thickness and bolt diameter. In contrast, it causes the other elements to deform and lose their capacity. This matter shows that optimum dimensions are very important in steel column-beam connections. In addition, it has been seen that adding a stiffness plate to the beam body part positively contributes to the connection's moment-carrying capacity.
The assessment of seismic behavior and seismic performance of ageing Sarıyar concrete gravity dam constructed on Sakarya River in Türkiye is the main focus of this paper. For this purpose, the impact of sediment domain, ageing of concrete material under the impact of chemical and mechanical actions, and dam-water-sediment interaction are included in the two-dimensional (2D) finite element (FE) model developed in FORTRAN 90 environment. In the FE model, the dam and age dependent sediment domains are modeled by solid elements, while reservoir domain is modeled by Lagrangian fluid elements. The radiation of reflected waves to the unbounded water domain is modeled by infinite Lagrangian fluid elements, while unbounded sediment domain is modeled by infinite solid elements. The coupled system was assumed to be under the simultaneous impact of Vertical (V) and Horizontal (H) ingredients of 1976 Koyna earthquake and the coupled system was analyzed in Laplace domain by direct method. Due to the deterioration of the concrete, the H and V displacement responses together with the fundamental period of the body, elongate throughout the lifetime and this reduce the seismic safety of the dam. It was deduced that the ageing dam body will not experience major damages under the Koyna earthquake both at the earlier and later ages. Furthermore, at the heel of the dam, the hydrodynamic pressure responses are decreased by rising the sediment domain depth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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