In this study, optimal distribution of springs which supports a cantilever beam is investigated to minimize two objective functions defined. The optimal size and location of the springs are ascertained to minimize the tip deflection of the cantilever beam. Afterwards, the optimization problem of springs is set up to minimize the tip absolute acceleration of the beam. The Fourier Transform is applied on the equation of motion and the response of the structure is defined in terms of transfer functions. By using any structural mode, the proposed method is applied to find optimal stiffness and location of springs which supports a cantilever beam. The stiffness coefficients of springs are chosen as the design variables. There is an active constraint on the sum of the stiffness coefficients and there are passive constraints on the upper and lower bounds of the stiffness coefficients. Optimality criteria are derived by using the Lagrange Multipliers. Gradient information required for solution of the optimization problem is analytically derived. Optimal designs obtained are compared with the uniform design in terms of frequency responses and time response. Numerical results show that the proposed method is considerably effective to determine optimal stiffness coefficients and locations of the springs.
The inclination of seabed profile (sloped seabed) is one of the known topographic features which can be observed at different seabed level in the large offshore basin. A mooring system connected between the platform and global seabed is an integral part of the floating structure which tries to keep the floating platform settled in its own position against hostile sea environment. This paper deals with an investigation of the motion responses of an FPSO platform moored on the sloped seabed under the combined action of wave, wind and current loads. A three-dimensional panel discretization method has been used to model the floating body. To introduce the connection of multi-segmented non-linear elastic catenary mooring cables with the sloped seabed, a quasi-static composite catenary model is employed. The model and analysis have been completed by using hydrodynamic diffraction code AQWA. Validation of the numerical model has been successfully carried out with an experimental work published in the latest literature. The analysis procedure in this study has been followed time domain analysis. The study involves an objective oriented investigation on platform motions, in order to identify the effects of the slopped seabed, the action of the wave, wind and current loads and the presence of riser system. In the end, an effective analysis has been performed to identify a stable mooring model in demand of reducing structural responses of the FPSO.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.3
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pp.53-61
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1984
A nonlinear formulation of a beam finite element(NB6) on the total Lagrangian mode for the geometrically nonlinear analysis of two-dimensional elastic framed structures is presented. The NB6 beam element has been degenerated from the three-dimensional continuum by introducing the deep beam assumptions and consists of three reference nodes and three relative nodes. The element characteristics are derived by discretizing the beam equations of motion using the Galerkin weighted residual method and are reduced-integrated repeatedly for each loading step by the Newton-Raphson iteration techpique. Several numerical examples are given to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed nonlinear NB6 beam element.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2000.04a
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pp.629-634
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2000
Generally, the accuracy of motion control systems is strongly influenced by both the mechanical characteristics and servo characteristics of feed drive systems. In the fed drive systems of machine tools that consist of mechanical parts and electrical parts, a torsional vibration is often generated because of its elastic elements in torque transmission. Especially, a torsional vibration caused by the elasticity of mechanical elements might deteriorate the quick movement of system and lead to shorten the life time of the mechanical transmission elements. So it is necessary to analyze the electromechanical system mathematically to optimize the dynamic characteristics of the feed drive system. In this paper, based on the simplifies feed drive system model, radius errors due to position gain mismatch and servo response characteristic have been developed and an optimal criterion for tuning the gain of speed controller is discussed. The proportional and integral parameter gain of the feed drive controller are optimal design variables for the gain tuning of PI speed controller. Through the optimization problem formulation, both proportional and integral parameter are optimally tuned so as to compensate the radius errors by using the genetic algorithm. As a result, higher performance on circular profile tests has been achieved than the one with standard parameters.
One of the leading causes for the damage of various underground structures during an earthquake is soil liquefaction, and among this liquefaction-induced uplift of these structures is a major concern. In this study, finite-difference modelling is carried out to study the liquefaction-induced uplift of an underground structure of 5 m diameter (D) with and without the replacement of the in-situ fine sand around the structure with the coarse sand. Soil replacements are carried out by three methods: replacement of soil above the structure, around the structure, and below the structure. The soil behaviour is represented using the elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb model, where the pore pressures were computed using Finn-Byrne formulation. The predicted pore pressure and uplift of the structure due to sinusoidal input motion were validated with the centrifuge tests reported in the literature. Based on numerical studies, an empirical equation is developed for the determination of liquefaction-induced maximum uplift of the underground structure without replacement of the in-situ sand. It is found that the replacement of soil around the structure with 2D width and spacing of D can reduce the maximum uplift by 50%.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.4
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pp.38-45
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2017
A finite element analysis-based approach which investigates the causes of the breakdown in the outer ring of the choke at hot rod rolling mill is presented. Two-dimensional drawings of the whole vertical-type mill stand are transformed into three-dimensional CAD models. Non-linear elasto-plastic deformation analysis of material at the roll gap is performed for computing roll force and torque of the work roll. Then, the reaction forces of the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are obtained by means of rigid body motion analysis. Finally, stress behaviors in the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are investigated by linear elastic analysis. Results reveal that stress at the contact area between the outer ring and roller bearing is extraordinary high when an internal gap between an external surface of the outer ring and the internal surface of the chock due to wear of the inside of the chock occurs.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.4
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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.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.2
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pp.65-72
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2001
This paper demonstrates an explicit-implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for an existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory. Darcy's law is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full Newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
Twisted string actuators (TSAs) are tendon-driven actuators that provide high transmission ratios. Twisting a string reduces the length of the string and generates a linear motion of the actuators. In particular, TSAs have characteristic properties (compliance) that are advantageous for operations that need to interact with the external environment. This compliance has the advantage of being robust to disturbance in force control, but it is disadvantageous for precise control because the modeling is inaccurate. In fact, many previous studies have covered the TSA model, but the model is still inadequate to be applied to actual robot control. In this paper, we introduce a modified variable radius model of TASs and experimentally demonstrate that the modified variable radius model is correct compared to the conventional variable radius string model. In addition, the elastic characteristics of the TSAs are discussed along with the experimental results.
Pham, Van Lai;Zhao, Jun;Goo, Nam Seo;Lim, Jae Hyuk;Hwang, Do-Soon;Park, Jung Sun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.356-368
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2013
The Korea Aerospace Research Institute plans to launch a lunar module by 2025, and so is carrying out a preliminary study. Landing stability on the lunar surface is a key design factor of a lunar module. In this paper, a 1/6 scale model of a lunar module is investigated, for its landing stability on non-level surfaces. The lunar module has four tripod legs, with aluminum honeycomb shock absorbers in each leg strut. ADAMS$^{TM}$, the most widely used multi-body dynamics and motion analysis software, is used to simulate the module's lunar landing. Three types of dampers in the struts (rigid, viscous, and aluminum honeycomb dampers), and two types of lunar surfaces (rigid and elastic) are considered. The Sforce function is adopted, to model the aluminum honeycomb dampers. Details on the modeling and analysis of the landing stability of the 1/6 scale lunar module and the simulation results are provided in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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