This paper deals with a study of striker type impact hammer drill for improving the drilling performance. The study was performed through a numerical simulation of the impact hammer mechanism and an experimental comparison of the numerical simulation results was followed. Optimization of the impact mechanism was also performed. The numerical model of the impact hammer drill takes into account the striker motion and the effects of the pressure in the cylinder as well as the friction acting on the striker. The equation of motion is solved with the pressure equation in the cylinder including the friction force. The friction is considered as a combination of Coulomb friction and viscous damping friction. At the moment of impact, an ideal impact model that uses restitution coefficient is used to calculate the sudden change of the striker motion. The numerically simulated impact force shows a good agreement with the experimental result and thus, the validity of the numerical model is proven. Based upon the proposed model, an optimization was performed to improve the impact force of the hammer drill. The objective function is to maximize the impact force and the used design variables are striker mass, frequency of piston, bit guide mass, cylindrical diameter and dimensions of the mechanism components. Each design variable and some other conditions that are essential to manitain normal operation of the hammer drill are considered as constraints. The optimized result show a remarkable improvement in impact force and an experimental proof was investigated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.4
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pp.140-147
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2008
This paper represents an ultra precision rotational device where the smooth impact drive mechanism (SIDM) is utilized as driving mechanism. Linear motions of piezoelectric elements are converted to the rotational motion of disk by frictional forces generated between the rotational disk and the friction part that is attached to the piezoelectric element. This device was designed to drive the rotational disk using slip-slip motion mechanism instead of stick-slip motion mechanism occurred in conventional impact drive mechanism. Experimental results show that the angular velocity is increased in proportion to the magnitude and frequency of supplied voltage to piezoelectric element and decreased as the preload is increased. In our device, the smooth rotational motion was obtained when the driving frequency has been reached to 500Hz under the driving voltage of 100V.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.485-486
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2006
This paper represents a ultra precision rotational device where the smooth impact drive mechanism(SIDM) is utilized as a driving mechanism. Linear motions of piezoelectric elements are converted to the rotational motion of disk by frictional forces generated between the rotational disk and the friction bars which are attached to the piezoelectric elements. This device was designed to drive a rotational disk using slip-slip motion mechanism based on stick-slip motion mechanism. Experimental results show that the angular velocity was increased in proportion to the magnitude of supplied voltage to piezoelectric element. In our device, the smooth rotational motion was obtained when the driving frequency has been reached to 500Hz under the driving voltage of 100V. The amount of step movement has been revealed to be $3.44{\times}10^{-4}$ radian.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.146-152
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1997
This paper deals with a study of striker type impact hammer drill for improving the drilling performance. The study was performed through a numerical simulation of the impact hammer mechanism, an experimental comparison of the numerical simulation results and an optimization of the impact mechanism. The numerical model of the impact hammer drill takes into account the striker motion and the effects of the pressure in the cylinder as well as the friction acting on the striker. The equation of motion is solved with the pressure equation in the cylinder and the friction force. At the moment of impact, an ideal impact model that uses restitutiion codfficient is used to calculate the sudden change of the striker motion. The impact force numerically simulated shows a good agreement with the experimental results and thus, the validity of the numerical model is proven. Based upon the proposed model, an optimization was performed to improve the impact force of the hammer drill. The objective function is to maximize the impact force and the design variables are striker mass, frequency of piston, bit guide mass, cylindrical diameter and dimensions of the mechanism components. Each design variable and some other conditions that are essential to maintain normal operation of the hammer drill are considered as constraints. The optimized result shows remarkable improvement in impact force and an experimental proof was investigated.
Impact response of a vibro-impact system and its contact mechanism was studied. The vibro-impact system is composed of a small secondary system is constrained to move along a slot of fixed length in a large primary system. The contact mechanism is characterized by its coefficient of restitution. Numerical simulation analysis has been used to determine the time-history and the impact statistics of the primary and secondary systems. Input excitation of the primary system was random, and the responses obtained were the velocities of the primary and secondary system, the closing velocity in time axis and the duration time between impacts. The validity of the numerical simulation method was checked by comparing the results with those obtained by other researchers analytically. It is shown that the results obtained by the nemerical simulation analysis showed a good agreement with those for the analytical method.
The impact abrasion behavior of high manganese steel is investigated under three kinds of impact energy in acid hematite ore slurry by using a modified MLD-10 impact abrasion tester. Through the SEM observation of the worn surface and the optical metallographic analysis of the cross-sectional samples, the corrosive impact abrasion mechanisms of the steel under different impact energies are studied. In acid-hematite slurry, the variations of impact energies would result in synchronous transformation of the impact abrasion properties and mechanisms of the high manganese steel in the corrosive condition, as led different corrosive impact abrasion mechanism under different impact energies.
The low rate of penetration and short lifetime of drilling bit served as the most common problems encountered in hard formation drilling, thus leading to severe restriction of drilling efficiency in oil and gas reservoir. This study developed a new local impact drilling method to enhance hard formation drilling efficiency. The limitation length formulas of radial/lateral cracks under static indentation and dynamic impact are derived based on the experimental research of Marshall D.B considering the mud column pressure and confining pressure. The local impact rock breaking simulation model is conducted to investigate its ROP raising effect. The results demonstrate that the length of radial/lateral cracks will increase as the decrease of mud pressure and confining pressure, and the local impact can result in a damage zone round the impact crater which helps the rock cutting, thus leading to the ROP increase. The numerical results also demonstrate the advantages of local impact method for raising ROP and the vibration reduction of bit in hard formation drilling. This study has shown that the local impact method can help raising the ROP and vibration reduction of bit, and it may be applied in drilling engineering.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.5
s.122
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pp.456-463
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2007
It is important to improve the initial launch conditions of golf ball at impact between golf club and ball to get a long flight distance. The flight distance is greatly influenced by the initial launch conditions such as ball speed, launch angle and back spin rate. It is also important to analyze the mechanism of ball spin to improve the initial conditions of golf ball. Back spin rate is created by the contact time and force. Previous studies showed that the contact force is determined as the resultant force of the reaction forces normal and tangential to the club face at the contact point. The normal force causes the compression and restitution of ball, and the tangential force creates the spin. Especially, the tangential force is known to take either positive or negative values as the ball rolls and slides along the club face during impact. Although the positive and negative tangential forces are known to create and reduce the back spin rate, respectively, the mechanism of ball spin creation has not yet been discussed in detail in the literature. In this paper, the influence of the contact force between golf club and ball is investigated to analyze the mechanism of impact. For this purpose, the contact force and time at impact between golf club head and ball are computed using FEM and compared with previous results. In addition, we investigate the impact phenomenon between golf club head and ball by FEM and clarify the mechanism of ball spin creation accurately, particularly focusing on the effect of negative tangential force on ball spin rate.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1017-1022
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2007
It is important to improve the initial launch conditions of golf ball at impact between golf club and ball to get a long flight distance. The flight distance is greatly influenced by the initial launch conditions such as ball speed, launch angle and back spin rate. It is also important to analyze the mechanism of ball spin to improve the initial conditions of golf ball. Back spin rate is created by the contact time and force. Previous studies showed that the contact force is determined as the resultant force of the reaction forces normal and tangential to the club face at the contact point. The normal force causes the compression and restitution of ball, and the tangential force creates the spin. Especially, the tangential force is known to take either positive or negative values as the ball rolls and slides along the club face during impact. Although the positive and negative tangential forces are known to create and reduce the back spin rate, respectively, the mechanism of ball spin creation has not yet been discussed in detail in the literature. In this paper, the influence of the contact force between golf club and ball is investigated to analyze the mechanism of impact. For this purpose, the contact force and time at impact between golf club head and ball are computed using FEM and compared with previous results. In addition, we investigate the impact phenomenon between golf club head and ball by FEM and clarify the mechanism of ball spin creation accurately, particularly focusing on the effect of negative tangential force on ball spin rate.
Impact behaviors of the large deformable composites of Kevlar fiber reinforced composites of different preform structures have been investigated. An analytic tool was developed to characterize the impact behavior of the Kevlar composites. The image analysis technique, and deply technique were employed to develop energy balance equation under impact loading. An energy method was employed to establish the impact energy absorption mechanism of Kevlar multiaxial warp knitted composites. The total impact energy was classified into four categories including delamination energy, membrane energy, bending energy and rebounding energy under low velocity impact. Membrane and bending energy were calculated from the image analysis of the deformed shape of impacted specimen and delamination energy was calculated using the deplying technique. Also, the impact behavior of Kevlar composites under high velocity impact of full penetration of the composite specimen was studied. The energy absorption mechanisms under high velocity impact were modelled and the absorbed energy was classified into global deformation energy, shear-out energy, deformation energy and fiber breakage energy. The total energy obtained from the model corresponded reasonably well with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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