Reliable and accurate method of computationally aided design processes of advanced thin walled structures in automotive industries are much essential for the efficient usage of smart materials, that possess higher energy absorption in dynamic compression loading. In this paper, most versatile components i.e., thin walled crash tubes with different geometrical profiles are introduced in view of mitigating the impact of varying cross section in crash behavior and energy absorption characteristics. Apart from the geometrical parameters such as length, diameter and thickness, the non-dimensionalized parameters of average forces which control the plastic bending moment for varying thickness has explored in view of quantifying its impact on the crashworthiness of the structure. The explicit finite element code ABAQUS is utilized to conduct the numerical studies to examine the effect of parametric modifications in crash behavior and energy absorption. Also the simulation results are experimentally validated. It is evident that the circular cross-sectional tubes are preferable as high collision impact shock absorbers due to their ability in withstanding axial and oblique impact loads effectively. Furthermore, the specific energy absorption (SEA), crash force efficiency (CFE), plastic bending moment, peak force responses and its impact for optimally tailoring a design to cater the crashworthiness requirements are investigated. The primary outcome of the study is to provide sufficient information on circular tubes for the use of energy absorbers where impact oblique loading is expected.
Kim, Byeong-Sang;Park, Jung-Jun;Song, Jae-Bok;Kim, Hong-Seok
The Journal of Korea Robotics Society
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v.1
no.1
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pp.81-88
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2006
Control of a robot manipulator in contact with the environment is usually conducted by the direct feedback control using a force-torque sensor or the indirect impedance control. In these methods, however, the control algorithms become complicated and the performance of position and force control cannot be improved because of the mechanical properties of the passive components. To cope with such problems, redundant actuation has been used to enhance the performance of position control and force control. In this research, a Double Actuator Unit (DAU) is proposed, with which the force control algorithm can be simplified and can make the robot ensure the safety during the external collision. The DAU is composed of two actuators; one controls the position and the other modulates the joint stiffness. Using this unit, it is possible to independently control the position and stiffness. The DAU based on the planetary gears is investigated in this paper. Performance using the DAU is also verified by various experiments. It is shown that the manipulator using this mechanism provides better safety during the impact with the environment by reducing the joint stiffness appropriately on detecting the collision of a manipulator.
Kim, S.H.;Cho, J.R.;Choi, J.H.;Ryu, S.H.;Jeong, W.B.
Interaction and multiscale mechanics
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v.5
no.1
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pp.75-90
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2012
This paper investigates the effects of sports ground materials on the transfer characteristics of the landing impact force using a coupled foot-shoe-ground interaction model. The impact force resulting from the collision between the sports shoe and the ground is partially dissipated, but the remaining portion transfers to the human body via the lower extremity. However, since the landing impact force is strongly influenced by the sports ground material we consider four different sports grounds, asphalt, urethane, clay and wood. We use a fully coupled 3-D foot-shoe-ground interaction model and we construct the multi-layered composite ground models. Through the numerical simulation, the landing impact characteristics such as the ground reaction force (GRF), the acceleration transfer and the frequency response characteristics are investigated for four different sports grounds. It was found that the risk of injury, associated with the landing impact, was reduced as the ground material changes from asphalt to wood, from the fact that both the peak vertical acceleration and the central frequency monotonically decrease from asphalt to wood. As well, it was found that most of the impact acceleration and frequency was dissipated at the heel, then not much changed from the ankle to the knee.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.451-457
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2015
This paper presents the analytical closed form solution for the impact load of a collision between rigid bodies and its application to a spent nuclear fuel disposal canister accidentally dropped and impacted on the ground. This paper performed a study on the numerical rigid body dynamic analysis to compute the impact load between two rigid bodies, especially, the impulsive force which is applied to the spent nuclear fuel disposal canister in the accidental drop and impact event on the ground. Through this study the impulsive force which is occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact event on the ground and required in the process of structural safety design of the canister is computed numerically. The main content of this numerical study is about the technical method how to compute the impulsive force applied to the canister under the accidental drop and impact event on the ground by using the commercial computer code for the rigid body dynamic analysis. On the basis of this study a problem to compute the impulsive force which is occurring in the canister in the case of collision with the ground is numerically treated. This numerically computed impulsive force is compared with the theoretical value, which shows a good agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.866-875
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1994
The problem of a rigid rod sliding on a rough horizontal surface in the plane is analyzed, which is commonly cited as an example of the inconsistency of rigid body frictional mechanics. The inconsistency is demonstrated by analyzing the normal reaction force at the contact point with the surface, and the concept of tangential collision is derived to resolve the inconsistency. Using the Poisson's hypothesis for the coefficient of restitution and Coulomb's law for the friction, the general methodology for solving the tangential collision is presented. The problem of the inconsistency generated in the sliding rod is completely resolved, building the concept of the tangential collision and adopting the theory of frictional impact. The result presented in this paper will obviate a generic obstacle to the development of simulation packages for planar rigid body mechanical systems with temporary contacts, and planning efficient motion strategies for robot manipulators.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.359-371
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2013
This paper is the first paper among two papers which constitute the paper about the rigid body dynamic analysis on the spent nuclear disposal canister under accidental drop and impact on to the ground. This paper performed the general theoretical study on the rigid body dynamic analysis. Through this study the impulsive force which is occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground and required for the structural safety design of the canister is intended to be theoretically formulated. The main content of the theoretical study is about the equation of motion in the multibody dynamics. On the basis of this study the impulsive force which is occurring in the multibody in the case of collision between multibody is theoretically formulated. The application of this theoretically formulated impulsive force to computing the impulsive force occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact to the ground is investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.16-21
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2022
This study investigates the effect of the deformation on the sensitivity of a flexible polydimethylsiloxane (PDMS) membrane sensor. A PDMS membrane sensor was developed to measure the impact force of a water droplet using a silver nanowire (AgNW). The initial deformation of the membrane was confirmed with the application of a tensile force (i.e., tension) and fixing force (i.e., compressive force) at the gripers, which affects the sensitivity. The experimental results show that as the tension applied to the membrane increased, the sensitivity of the sensor decreased. The initial electrical resistance increased as the fixing force increased, while the sensitivity of the sensor decreased as the initial resistance increased. The movement of the membrane due to the impact force of the water droplet was observed with a high-speed camera, and was correlated with the measured sensor signal. The analysis of the motion of the membrane and droplets after collision confirmed the periodic movement of not only the membrane but also the change in the height of the droplet.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.6
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pp.205-212
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2003
This paper may provide a basic design data for the safer car seat mechanism and the quality of the material used by finding out the passenger's dynamic behavior when protected by seat belt during collision. A computer simulation with finite element method is used to accomplish this objective. At first, a detailed geometric model of the seat is constructed using CAD program. The formation of a finite element from a geometric data of the seat is carried out using Hyper-Mesh that is the commercial software for mesh generation and post processing. In addition to seat modeling, the finite element model of seat belt and dummy is formed using the same software. Rear impact analysis is accomplished using Pam-Crash with crash pulse. The part of the recliner and right frame is under big stress in rear crash analysis because the acceleration force is exerted on the back of the seat by dummy. The stress condition of the part of the bracket is checked as well because it is considered as an important variable on the seat design. Front impact model which including dummy and seal belt is analyzed. A Part of anchor buckle of seat frame has high stress distribution because of retraction force due to forward motion of dummy at the moment of collision. On the basis of the analysis result, remodeling and reanalysis works had been repeatedly done until a satisfactory result is obtained.
Coupling systems under train's collision should take the impact by absorbing the impact energy caused from the collision, so the systems are very important parts for the safety of the trains. However, it is not easy to evaluate the performance of the system because it requires a huge testing facility, which is able to control the impact and to handle many safety issues. In this paper, test results are provided, which are obtained from collision tests of a single train having a coupling system in the front, and the results are analyzed in order to understand the characteristics and the dynamic behaviors of energy absorbing materials in the coupling system, such as a hydraulic buffer, and two rubber buffers. The results show that the force of each component could be empirically described by the compression displacement and velocity. The analyzed results will be applied to simulation models, and advanced studies wouuld be available if the simulation models are well validated with the test results.
Structural failure due to seismic pounding between two adjacent buildings is one of the major concerns in the context of structural damage. Pounding between adjacent structures is a commonly observed phenomenon during major earthquakes. When modelling the structural response, stiffness of impact spring elements is considered to be one of the most important parameters when the impact force during collision of adjacent buildings is calculated. Determining valid and realistic stiffness values is essential in numerical simulations of pounding forces between adjacent buildings in order to achieve reasonable results. Several impact model stiffness values have been presented by various researchers to simulate pounding forces between adjacent structures. These values were mathematically calculated or estimated. In this study, a linear spring impact element model is used to simulate the pounding forces between two adjacent structures. An experimental model reported in literature was adopted to investigate the effect of different impact element stiffness k on the force intensity and number of impacts simulated by Finite Element (FE) analysis. Several numerical analyses have been conducted using SAP2000 and the collected results were used for further mathematical evaluations. The results of this study concluded the major factors that may actualise the stiffness value for impact element models. The number of impacts and the maximum impact force were found to be the core concept for finding the optimal range of stiffness values. For the experimental model investigated, the range of optimal stiffness values has also been presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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