The finite element method is one of the methods widely applied for predicting vibration in mechanical structures. In this paper, the effect of the mesh size of the finite element model on the accuracy of the numerical solutions of the structural vibration problems is investigated with particular focus on obtaining the optimal mesh size with respect to the solution accuracy and computational cost. The vibration response parameters of the natural frequency, modal density, and driving point mobility are discussed. For accurate driving point mobility calculation, the decay method is employed to experimentally determine the internal damping. A uniform plate simply supported at four corners is examined in detail, in which the response parameters are calculated by constructing finite element models with different mesh sizes. The accuracy of the finite element solutions of these parameters is evaluated by comparing with the analytical results as well as estimations based on the statistical energy analysis, or if not available, by testing the numerical convergence. As the mesh size becomes smaller than one quarter of the wavelength of the highest frequency of interest, the solution accuracy improvement is found to be negligible, while the computational cost rapidly increases. For mechanical structures, the finite element analysis with the mesh size of the order of quarter wavelength, combined with the use of the decay method for obtaining internal damping, is found to provide satisfactory predictions for vibration responses.
Park, Sohyeon;Kim, Eunsung;Oh, Sangyeob;Yu, Hyosun;Yang, Sungmo;Kim, YongKwan
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.1
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pp.29-35
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2014
This paper aims to obtain the effect of lightweight on Radius rod. The response surface method used in the paper is the statistical method. Optimization method is performed with the Radius rod using the lightweight material. Structural analysis is executed by using the ANSYS program to find static and dynamic responses. From this study result, it is verified that the response surface method has the advantage of optimum value in comparison with other optimization methods. The analysis is also performed by response surface method to derive optimal design values. Steel model and aluminium initial model are obtained by finite element analysis to clarify design criteria and the results are compared with three models each other. The weights can be reduced by optimal design analysis results of these models similar to those of existing products. The quantitative goals in this study can also attained through results of fatigue analyses. The reliability on optimal design of Radius rod can be improved by use of structural and fatigue analysis results.
Statement of problem: The researches on the influence of design variables on the stress distribution in cortical and trabecular bones and on optimal design for implant system were limited. Purpose: The purpose of this study is to identify the sensitivities of design parameters and to suggest the optimal parameters for designing the onebody type implant system. Material and methods: Stresses arising in the implant system were obtained by finite element analysis using a three dimensional model. An onebody type implant system[Oneplant (Warrantec. Co. Ltd., Korea)] was considered in this study. Vortical load(150 N) was applied on the top of the abutment along the axial direction. The initial design variables set for sensitivity analysis were radius of fixture, numbers of micro thread, numbers of power thread, height of micro thread, future length, tapered angle of future, inclined angle of thread, width of micro thread and width of power thread. The statistical technique of Design of Experiments(DOE) was applied tn the simulation model to deduce effective design parameters on stress distributions in bones. The deduced design parameters were incorporated into a fully automated design tool which is coupled with the finite element analysis and numerical optimization to determine the optimal design parameters. Results: 1. The result of sensitivity analysis showed six design variables - radius of future, tapered angle of fixture, inclined angle of thread, numbers of power thread, numbers of micro thread and height of micro thread - were more influential than the others. 2. The optimal values of design variables can be deduced by coupling finite element analysis (FEA) and design optimization tool(DOT).
Recently, the external prestressed concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the increment of tendon stress was derived by whole member behavior. By this reason, the ultimate stress of external tendon is smaller than that of bonded tendon or internal unbonded tendon. However, in the domestic and abroad code, the equation of ultimate stress of external tendon is not suggested yet, and the equation of ultimate stress of internal unbonded tendon is used instead of that of external tendon. Therefore, in this paper, after effective variables of ultimate stress of external tendon were analyzed, the analytical equation of ultimate stress of external tendon was proposed. And the reasonable coefficients were proposed by statistical work of test results of 25 beam with external tendon. Finally, the practical proposed equation of ultimate stress of external tendon was proposed with analytical and statistical model. The equation of ACI-318 and AASHTO 1994 were not matched with test results and had no correlations, and the proposed equation was well matched with test results. So the proposed equation in this paper will be a effective basis for the evaluation of external tendons in analysis and design.
A Microsoft $Access^{(R)}$ application that estimates hourly building energy load is developed based on statistical field measurements. Hourly patterns of heating, hot water, cooling, and electricity loads are evaluated for an energy consuming community composed of various types of buildings. Popular building types such as apartments, offices, hotels and accomodations, stores, churches, schools and educational institutes are included in the model. For each type of buildings, hourly patterns for a month are measured and compiled to derive a 24-hour load distributions. Daily sum of heating, hot water, cooling, and electricity loads are also measured for the building types. The annual energy need profiles are generated by combining the 24-hour distribution and 365-day consumption patterns. The annual maximum values of the 8760 hours of a year for each load type serves as a guide for selecting a device capacity. A user-friendly interface that ushers users throughout the whole process is provided.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.1
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pp.49-57
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2010
Several pyrotechnic devices are employed over the course of satellite's missions, generally for the separation of structural subsystems and deployment of appendages. Firing of pyrotechnic devices results in impulsive loads characterized by high peak acceleration and high frequency content which can cause failures of various flight hardware elements and small components. Thus, accurate prediction of acceleration level in various components of spacecraft due to pyrotechnic devices is important. In this paper, two methods for pyroshock prediction, an empirical model and statistical energy analysis in conjunction with virtual mode synthesis, are applied to predict shock response of a low altitude earth observation satellite during launch vehicle separation. The predicted results are then evaluated through comparison with the shock test results.
Recently, the electro-magnetic induction process has been utilizing to substitute the flame heating process in shipyard. However, few studies have been performed to exactly analyze the deformation mechanism of the heating process with mathematical model. This is mainly due to the difficulty of modeling the inductor travelling on plate during the process. In this study, heat flux distribution of the process is firstly numerically analysed with the assumption that the process has a quasi-stationary state and also with the consideration that the heat source itself highly depends on the temperature of base plate. With the heat flux, the thermal and deformation analyses are then performed with a commercial program for 34 combinations of heating parameters. The deformations obtained and heating parameters are synthesized with a statistical method to produce simplified formulas, which easily give the relation between the heating parameters and deformations. The formulas are well compared with results of experiment.
Previous studies have demonstrated the importance of joint angle errors mainly due to skin artifact and measurement errors during gait analysis. Joint angle errors lead to unreliable kinematics and kinetic analyses in the investigation of human motion. The purpose of this paper is to present the Joint Averaging Coordinate System (JACS) method for human gait analysis. The JACS method is based on the concept of statistical data reduction of anatomically referenced marker data. Since markers are not attached to rigid bodies, different marker combinations lead to slightly different predictions of joint angles. These different combinations can be averaged in order to provide a "best" estimate of joint angle. Results of a gait analysis are presented using clinically meaningful terminology to provide better communication with clinical personal. In order to verify the developed JACS method, a simple three-dimensional knee joint contact model was developed, employing an absolute coordinate system without using any kinematics constraint in which thigh and shank segments can be derived independently. In the experimental data recovery, the separation and penetration distance of the knee joint is supposed to be zero during one gait cycle if there are no errors in the experimental data. Using the JACS method, the separation and penetration error was reduced compared to well-developed existing methods such as ACRS and Spoor & Veldpaus method. The separation and penetration distance ranged up to 15 mm and 12 mm using the Spoor & Veldpaus and ACRS method, respectively, compared to 9 mm using JACS method. Statistical methods like the JACS can be applied in conjunction with existing techniques that reduce systematic errors in marker location, leading to an improved assessment of human gait.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1281-1289
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2011
This paper deals with several statistical distribution functions for the analysis of fatigue life data of composite laminates for small wind-turbine blades. A series of tensile tests was performed on triaxial glass/epoxy laminates for loading directions of $0^{\circ}$, $45^{\circ}$, and $90^{\circ}$. Then, fatigue tests were carried out to determine the fatigue life at the aforementioned loading directions and the fatigue stresses at four levels. Two-parameter Weibull, three-parameter Weibull, normal, and log-normal distributions were used to fit the fatigue life data of the triaxial composite laminates. The three-parameter Weibull distribution most accurately described the fatigue life data measured experimentally for all the cases considered. Furthermore, the variation of fatigue life was simultaneously affected by the loading direction and fatigue stress level.
Statistical analysis on the measured responses of a suspension bridge deck (Law, et al. 2007) show that vibration response at the first torsional mode of the structure has a significant increase at and beyond the critical wind speed for vortex shedding as noted in the wind tunnel tests on a sectional model. This paper further analyzes the measured responses of the structure when under typhoon conditions for any possible vortex shedding events. Parameters related to the lifting force in such a possible event and the vibration amplitudes are estimated with a single-degree-of-freedom model of the system. The spatial correlation of vortex shedding along the bridge span is also investigated. Possible vortex shedding events are found at both the first torsional and second vertical modes with the root-mean-square amplitudes comparable to those predicted from wind tunnel tests. Small negative stiffness due to wind effects is observed in isolated events that last for a short duration, but the aerodynamic damping exhibits either positive or negative values when the vertical angle of wind incidence is beyond ${\pm}10^{\circ}$. Vibration of the bridge deck is highly correlated in the events at least in the middle one-third of the main span.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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