Due to the structural complexity, the response of a flexible riser under axisymmetric loads is quite difficult to determine. Based on equilibrium conditions, geometrical relations and constitutive equations, an analytical model that can accurately predict the axisymmetric behavior of flexible risers is deduced in this paper. Since the mutual exclusion between the contact pressure and interlayer gap is considered in this model, the influence of the load direction on the structural behavior can be analyzed. Meanwhile, a detailed finite element analysis for unbonded flexible risers is conducted. Based on the analytical and numerical models, the structural response of a typical flexible riser under tension, torsion, internal and outer pressure has been studied in detail. The results are compared with experimental data obtained from the literature, and good agreement is found. Studies have shown that the proposed analytical and numerical models can provide an insightful reference for analysis and design of flexible risers.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.5
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
This paper proposes a modeling technique which is able to not only reliably and easily represent the hysteretic characteristics but also analyze the dynamic stress of a taper leaf spring. The flexible multi-body dynamic model of the taper leaf spring is developed by interfacing the finite element model and computation model of the taper leaf spring. Rigid dummy parts are attached at the places where a finite element leaf model is in contact with an adjacent one in order to apply contact model. Friction is defined in the contact model to represent the hysteretic phenomenon of the taper leaf spring. The test of the taper leaf spring is conducted for the validation of the reliability of the flexible multi-body dynamic model of the taper leaf spring developed in this paper. The test is started at an unloaded state with the excitation amplitude of $1{\sim}2mm/sec$ and frequency of 132 mm. First, the simulation is conducted with the same condition as the test. Then, the simulations are conducted with various amplitudes in a loaded state. The hysteretic diagram from the test is compared with the ones from the simulation for the validation of the reliability of the model. The dynamic stress analysis of the taper leaf spring is also conducted with the developed flexible multi-body dynamic model under a dynamic loading condition.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.1
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pp.23-28
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2024
Electronic products utilizing flexible devices experience harsh mechanical deformations in real-use environments. As a result, researches on the mechanical reliability of these flexible devices have attracted considerable interest among researchers. This study employed previous bending strain models and finite element analysis to predict the maximum bending strain of metal films deposited on flexible substrates. Bending experiments were simulated using finite element analysis with variations in the material and thickness of the thin films, and the substrate thickness. The results were compared with the strains predicted by existing models. The distribution of strain on the surface of film was observed, and the error rate of the existing model was analyzed during bending. Additionally, a modified model was proposed, providing mathematical constants for each case.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.326-329
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2005
In the development of sheet-handling .machinery, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheets with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at suck a high speed flexible media behaves geometric nonlinearity of large displacement and small strain. In this paper, static analysis of flexible media are performed by FEM considering geometric nonlinearity. Linear stiffness matrix and geometric nonlinear stiffness matrix based m the updated Lagrangian approach are derived using $C^1$ beam element and numerical simulations are performed by Updated Newton-Raphson(UNR) method.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.3
no.4
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pp.64-71
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2002
Recently, mechanical systems such as a high-speed vehicles and railway trains moving on flexible beam structures have become a very important issue to consider. Using the general approach proposed in the first part of this paper, it is possible to predict motion of the constrained mechanical system and the elastic structure, with various kinds of foundation supporting conditions. Combined differential-algebraic equation of motion derived from both multibody dynamics theory and finite element method can be analyzed numerically using a generalized coordinate partitioning algorithm. To verify the validity of this approach, results from the simply supported elastic beam subjected to a moving load are compared with the exact solution from a reference. Finally, parametric study is conducted for a moving vehicle model on a simply supported 3-span bridge.
This paper proposes the concept of FlexPCB(flexible Printed Circuit Board) conductive structure for electrodynamic bearings. It has three main advantages: easy “printing” of considerably thin conductive wires, resulting in potential reduction in stray eddy currents; realization of specific conductive configurations with high precision to optimize the eddy current flowing; simplicity in being wound to cylinders or hollow cylinders of different diameters. To verify this new concept, the FlexPCB conductive structure was manufactured, an axial electrodynamic bearing test rig was built and the conductive structure's induced voltage was measured along the axial displacements from 0mm to 56mm at three rotating speeds. The finite element method was used to calcuatlate the flux density of electrodynamic bearing and induced voltage of the FlexPCB conductive structure. The experimental results are compared with the results from the FEM calculation. It is concluded that the measured and calculated induced voltages have consistency in the middle part of the bearing.
Using the nonlinear load transfer function for pile side soil and the linear load transfer function for pile end soil, a combined approach of the incremental load transfer matrix method and the approximate differential equation solution method is presented for the nonlinear analysis of interaction between flexible pile group and soil. The proposed method provides an effective approach for the solution of the nonlinear interaction between flexible pile group under rigid platform and surrounding soil. To verify the accuracy of the proposed method, a static load test for a nine-pile group under a rigid platform is carried out. The finite element analysis is also conducted for comparison purposes. It is found that the results from the proposed method match very well with those from the experimental test and are better in comparison with the finite element method.
This article deals with the transient analysis using multi-flexible body dynamics of a trailer vehicle, which is passing a bump on the flat road. In order to investigate the transient dynamic behavior of the trailer, we developed an equivalent finite element model for the trailer and a vehicle dynamic model for the truck using multi-body dynamics. The driving condition considered here is set as the trailer vehicle passes a bump on the flat road in 7km/h. And we investigate the time histories of vertical load and deflections on connecting points between the trailer and truck during the vehicle passes a bump. Due to the dynamic load resulted from the driving condition, additional stress concentrations are found in the trailer and the suspension connecting points between the trailer and rear axles along with kingpin.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.8
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pp.108-114
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1997
A simple and efficient method is presented for the dynamics of interconnected flexible beams having large rigid body rotations. A simple mass matrix is obtained by interpolating the displacements in the global inertia frame, and the elastic force is also simply computed by using linear finite element technique with the moving frame attached to the beam. For the beams connected by revolute joints, kinematic constraints and relative rotations between the beans are not required and the equations of motions are time integrated by a simple ODE technique. Numerical simulations are conducted to demonstrate the accuracy and efficiency of the present technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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