We derive a set of formuale which show one-to-one correspondence between the the unitary Jones matrices of transparent anisotropic media and the rotational transformations on the Poincare sphere. By using the formuale one can determine the vectorial representation of the rotational transformation on the Poincare sphere which specifies the direction of the axis and the angle of the rotation in terms of the three parameters specific to the corresponding unitary Jones matrix, and conversely the the three parameters of the uniatry Jones matrix in terms of the vectorial representation of the corresponding rotational transformation on the Poincare sphere. To understand the polarization transmission characteristics of an optical system consisting of transparent linear anisotropic media, start with the Jones calculus to get the unitary Jones matrix for the whole system and then convert it to a rotational transformation on the Poincare sphere, from which we can intuitively understand the effect of the optical system on the polarization state of the light passing through the system.
In modal analysis, the mode shape reflects the vibration characteristics of the structure, and thus it is widely performed for finite element model updating and structural health monitoring. Generally, the acceleration-based mode shape is suitable to express the characteristics of structures for the translational vibration; however, it is difficult to represent the rotational mode at boundary conditions. A tilt sensor and gyroscope capable of measuring rotational mode are used to analyze the overall behavior of the structure, but extracting its mode shape is the major challenge under the small vibration always. Herein, we conducted a feasibility study on a multi-mode shape estimating approach utilizing a single physical quantity signal. The basic concept of the proposed method is to receive multi-metric dynamic responses from two sensors and obtain mode shapes through bridge loading test with relatively large deformation. In addition, the linear transformation matrix for estimating two mode shapes is derived, and the mode shape based on the gyro sensor data is obtained by acceleration response using ambient vibration. Because the structure's behavior with respect to translational and rotational mode can be confirmed, the proposed method can obtain the total response of the structure considering boundary conditions. To verify the feasibility of the proposed method, we pre-measured dynamic data acquired from five accelerometers and five gyro sensors in a lab-scale test considering bridge structures, and obtained a linear transformation matrix for estimating the multi-mode shapes. In addition, the mode shapes for two physical quantities could be extracted by using only the acceleration data. Finally, the mode shapes estimated by the proposed method were compared with the mode shapes obtained from the two sensors. This study confirmed the applicability of the multi-mode shape estimation approach for accurate damage assessment using multi-dimensional mode shapes of bridge structures, and can be used to evaluate the behavior of structures under ambient vibration.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_1
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pp.993-999
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2023
In this paper, a novel polishing tool mechanism with 3-axis compliance is presented, which consists of 2-axis rotational and 1-axis linear compliances in series. The 2-axis rotational compliance mechanism is made up of four cantilever beams for adjusting rotational stiffness and one flexure universal joint at the center for constraining the z-axis deflection. The 2-axis rotational compliance can mechanically adjust the polishing tool to machined surfaces. The polishing press force can be simply controlled by using a linear spring along the z-axis. The 2-axis rotational and 1-axis linear compliance design is decoupled. The stiffness analysis of the 2-axis compliance mechanism was performed based on link compliance matrix and rigid body transformation. A 3-axis polishing tool was designed by configuring the 2-axis compliance mechanism and one linear spring.
Geometric manipulation of molecules is an essential elementary component in computational modeling programs for molecular structure, stability, dynamics, and design. The computational complexity of transformation of internal coordinates to Cartesian coordinates was discussed before.1 The use of rotation matrices was found to be slightly more efficient than that of quaternion although quaternion operators have been widely advertised for rotational operations, especially in molecular dynamics simulations of liquids where the orientation is a dynamical variable.2 The discussion on computational efficiency is extended here to a more general case in which bond angles and sidechain torsion angles are allowed to vary. The algorithm of Thompson3 is derived again in terms of quaternions as well as rotation matrices, and an algorithm with optimal efficiency is described. The algorithm based on rotation matrices is again found to be slightly more efficient than that based on quaternions.
Ring Laser Gyroscopes used as navigational sensors inherently experience a lock-in region, where very low rotational rates are not measurable. Most RLG manufacturers use a mechanical dither motor that applies a small oscillatory rotational motion larger than this region to resolve this problem. Any input acceleration that bends this dithering axis causes flexure error, which is a noncommutative error that can not be compensated by simply using integrated gyro sensor output. This paper introduces noncommutative error equations that define attitude errors caused by flexure errors. In this paper, flexure error is classified as sensor level error if the sensing axis coincides with the dithering axis and as system level error if the two axes do not coincide. The relationship between gyro output and the rotation vector is introduced and is used to define the coordinate transformation matrix and angular motion. Equations are derived for both sensor level and system level flexure error analysis. These equations show that RLG based INS attitude error caused by flexure is directly proportional to time, amount of input acceleration and the dynamic frequency of the vehicle.
This paper presents a computer method for the dynamic analysis of a system of rigid bodies in plane motion. The formulation rests upon the idea of replacing a rigid body by a dynamically equivalent constrained system of particles. Newton's second law is applied to study the motion of the resulting system of particles without introducing any rotational coordinates. A velocity transformation is used to transform the equations of motion to a reduced set. For an open-chain, this process automatically eliminates all of the non-working constraint forces and leads to an efficient integration of the equations of motion. For a closed-chain, suitable joints should be cut and few cut-joints constraint equations should be included. An example of a closed-chain is used to demonstrate the generality and efficiency of the proposed method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.221-226
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2005
In this paper, a dynamic model for the rotor shaft-coupling-blade system is developed. The blades are attached to a disk and driven by an electric motor shaft which is flexible in torsion. We assumed that the shaft torsional flexibility is lumped in the flexible coupling which is usually adopted in rotor systems. The Lagrangian approach with the small deformation theory for both blade-bending and shaft-torsional deformations is employed for developing the equation of the motion. The assumed modes method is used for estimating the blade transverse deflection. The numerical results highlight the effects of both structural damping of the system and the torsional stiffness of the flexible coupling to the dynamic response of the blade. The results showed strong coupling between the blade bending and shaft torsional vibrations in the form of inertial nonlinearif, stiffness hardening and softening.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.10
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pp.1070-1077
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2012
Virtual machine tools have been magnified recently as manufacturers could estimate performances of machine tools before design and manufacturing of them. However, it requires much time and efforts to make FEM models and predict precision of machine tools well because machine tools are composed of many joints such as bolt joints, LM joints, rotational bearing joints and mounts. Especially, we have studied computational modeling methods of bolt joints to predict precision of machine tools well in this paper. Stiffness and damping coefficients of bolt joints are investigated and generalized with respect to fasten forces through experiments and FEM analysis. Matrix 27 element of ANSYS is used and bolt joints are simplified as square areas with 8 nodes to apply stiffness and damping simultaneously. Additionally, coordinate transformation of matrix 27 for bolt joints is induced to apply to skewed bolt joints of machine tools and evaluate it using FEM analysis.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.8
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pp.1151-1156
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2013
In this study, to clearly establish the concept of a geometric modeling I apply for the concept of Pushbroom, limited to two-dimensional radiation Locator to provide a three-dimensional information purposes. Respect to the radiation scanner Pushbroom modeling techniques, geometric modeling method was presented introduced to extract three-dimensional information as long as the rotational component of the Gamma-Ray Linear Pushbroom Stereo System, introduced the two-dimensional and three-dimensional spatial information in the matching relation that can be induced. In addition, the pseudo-inverse matrix by using the conventional least-squares method, GCP(Ground Control Point) to demonstrate compliance by calculating the key parameters. Projection transformation matrix is calculated for obtaining three-dimensional information from two-dimensional information can be used as the primary relationship, and through the application of a radiation image matching technology will make it possible to extract three-dimensional information from two-dimensional X-ray imaging.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.9
s.102
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pp.1023-1029
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2005
In this paper, a dynamic model for the rotor shaft-coupling-blade system was developed. The blades are attached to a disk and driven by an electric motor shaft which is flexible in torsion. We assumed that the shaft torsional flexibility was lumped in the flexible coupling which is usually adopted in rotor systems. The Lagrangian approach with the small deformation theory for both blade-bending and shaft-torsional deformations was employed for developing the equation of the motion. The Assumed Modes Method was used for estimating the blade transverse deflection. The numerical results highlight the effects of both structural damping of the system and the torsional stiffness of the flexible coupling to the dynamic response of the blade. The results showed strong coupling between the blade bending and shaft torsional vibrations in the form of inertial nonlinearity, stiffness hardening and softening.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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