Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.8
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pp.1311-1321
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1997
In multibody dynamics, differential and algebraic equations which can satisfy both equation of motion and kinematic constraint equation should be solved. To solve these equations, coordinate partitioning method and constraint stabilization method are commonly used. In the coordinate partitioning method, the coordinates are divided into independent and dependent and coordinates. The most typical coordinate partitioning method are LU decomposition, QR decomposition, and SVD (singular value decomposition). The objective of this research is to find an efficient coordinate partitioning method in the dynamic analysis of flexible multibody systems. Comparing two coordinate partitioning methods, i.e. LU and QR decomposition in the flexible multibody systems, a new hybrid coordinate partitioning method is suggested for the flexible multibody analysis.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.5
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pp.437-443
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2008
In this paper, analysis and control of the flexible multibody system using MATLAB is presented. The equations of motion of a flexible body are derived in terms of the modal coordinate. The rigid-flexible multibody dynamic solver is developed. Finite element information required to analyze motion of flexible bodies is imported from ANSYS. The modified finite element data, such as modal mass matrix, modal stiffness matrix and constraint mode shapes, is calculated in the solver. Since the solver is developed using MATLAB, it is very easy to connect with SIMULINK which is widely used to control motion of the multibody system. Several simulations are implemented to verify the developed solver. A control example is carried out and the usefulness of the developed solver is demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.267-274
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2002
Using a flexible rotating beam test bed, experimental verification of a flexible multibody dynamic simulations for a rotating beam model has been carried out. The test bed consists of a flexible arm, harmonic driver reducer, AC servo motor and DSP board with PC. The mechanical ports of the test bed has been designed using 3D CAD program. For the simulation model, mass and moment of inertia of each part of the flexible rotating beam test bed are also obtained from 3D CAD model. In the flexible multibody dynamic simulations, the substructuring model has been established to capture nonlinear effects of the flexible rotating beam. Through the experimental verification, substructuring model provides better results than those from the linear model in the high speed rotation.
A virtual work form of flexible multibody dynamic formulation with rotary inertia has been derived. For the analysis of large flexible multibody systems, deformation modal coordinates have been employed to represent coupled motion between gross and vibrational motion. For the efficient evaluation of the entries in the mass matrix, a flexible body has been treated as a collection of mass points. The rotary inertia was generated from the consistent mass matrix in a finite element model. Deformation mode shapes were obtained from finite element analysis. Bending and twisting vibration analyses of a cantilever have been carried out to see rotary inertia effects. A space flexible robot simulation has been also carried out to show effectiveness of the proposed formulation. This formulation is effective to the model that consists of beam, plate, or shell element that contains rotational degree of freedom at the nodal point. It is also effective to the flexible body model to which a large lumped rotary inertia is attached.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.130-135
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2003
This paper presents the method for structure borne noise analysis of a flexible body in multibody system. The proposed method is the superposition method using flexible muitibody dynamic analysis and finite element one. This method is executed in 3 steps. In the la step, time dependent quantities such as dynamic loads, modal coordinates ana gross body motion of the flexible body are calculated efficiently through flexible multibody dynamic analysis. And frequency response functions are computed using Fourier transforms of those time dependent quantities. In the 2$\^$nd/ step, acoustic pressure coefficients are obtained through structure-acoustic coupling analysis by finite element analysis. In the final step, frequency responses of acoustic pressure at the acoustic nodes are recovered through linear superposition of frequency response functions with acoustic pressure coefficients. The accuracy of the proposed method is verified in the numerical example of a simple car model.
This paper presents a computational method for deformation modes of a flexible body in multibody system from the experimental modal analysis and an efficient method for flexible multibody dynamic analysis by use of the modes. It is difficult to directly use experimental modal parameters in flexible multibody dynamic analysis. The major reasons are that there are many inconsistencies between experimental and analytical modal data and experimental noises are inherent in the experimental data. So two methods, such as, a method for ortho-normalization of experimental modes and the other one for mode expansion, are suggested to gain deformation modes of a flexible body from the experimental modal parameters. Using the virtual work principle, the equation of motion of a flexible body is derived. The effectiveness of the proposed method will be verified in the numerical example of cab vibration of a truck by comparing analysis and test results.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.11
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pp.882-889
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2003
This paper presents the method for structure borne noise analysis of a flexible body in multibody system. The proposed method is the superposition method using the flexible multibody dynamic analysis and the finite element one. This method is executed in 3 steps. In the 1st step, time dependent quantities such as dynamic loads, modal coordinates and gross body motion of the flexible body are calculated through a flexible multibody dynamic analysis. And frequency response functions of those time dependent quantities are computed through Fourier transforms. In the 2nd step, acoustic pressure coefficients are obtained through structure-acoustic coupling analyses by the finite element method. In the final step, frequency responses of acoustic pressure at the acoustic nodes are recovered through linear superposition of frequency response functions with acoustic pressure coefficients. The accuracy of the proposed method is verified in the numerical example of a simple car model.
Kim, Jin-Kwang;Ko, Hae-Ju;Park, Ki-Beom;Kim, Tae-Gyu;Jung, Yoon-Gyo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.4
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pp.46-52
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2010
A flexible-rigid multibody analysis was pen armed to examine the dynamic response of a heavy handling robot system under a worst motion scenario. A rigid body dynamics analysis was solved and compared with flexible-rigid multibody analysis. The modal analysis and test were also carried out to establish the accuracy and the validation of the finite element model used in this paper. For the flexible-rigid multibody simulation, stresses in several major bodies were interested, so that those parts are flexible and other parts are modeled as rigid body in order to reduce computer resources.
Randomness exists in engineering. Tolerance, assemble-error, environment temperature and wear make the parameters of a mechanical system uncertain. So the behavior or response of the mechanical system is uncertain. In this paper, the uncertain parameters are treated as random variables. So if the probability distribution of a random parameter is known, the simulation of mechanical multibody dynamics can be made by Monte-Carlo method. Thus multibody dynamics simulation results can be obtained in statistics. A new concept called functional reliability is put forward in this paper, which can be defined as the probability of the dynamic parameters(such as position, orientation, velocity, acceleration etc.) of the key parts of a mechanical multibody system belong to their tolerance values. A flexible mechanical arm with random parameters is studied in this paper. The length, width, thickness and density of the flexible arm are treated as random variables and Gaussian distribution is used with given mean and variance. Computer code is developed based on the dynamic model and Monte-Carlo method to simulate the dynamic behavior of the flexible arm. At the same time the end effector's locating reliability is calculated with circular tolerance area. The theory and method presented in this paper are applicable on the dynamics modeling of general multibody systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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