• 제목/요약/키워드: Stiffness Analysis

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공작기계용 45,000rpm 주축의 정.동적 해석과 강성평가 (The Static and Dynamic Analysis of a 45,000rpm Spindle for a Machine Tool and Evaluation of Its Stiffness)

  • 김동현;이춘만
    • 한국정밀공학회지
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    • 제28권4호
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    • pp.422-426
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    • 2011
  • The spindle system is very important unit for the product accuracy in machine tools. A spindle system is designed by using the angular contact ceramic ball bearings, built-in motor, oil-air lubrication method and oil jacket cooling method. The static and dynamic analysis and stiffness evaluation of 45,000rpm spindle for machine tool has been investigated. Using a finite element method, we obtained some analyzed a static and dynamic characteristics of a spindle, such as natural frequency, harmonic analysis and we got the value of compliance through it. We evaluated stiffness by taking the inverse this value. A 45,000rpm spindle is successfully developed using the results.

전달강성계수법에 의한 왕복 기계 축계의 비틀림진동 응력해석 (Torsional Vibration Stress Analysis for Shafting in Reciprocating Machine by Transfer Stiffness Coefficient Method)

  • 최명수
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제14권8호
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    • pp.749-756
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    • 2004
  • While designing shafting in reciprocating machines with internal combustion engines which derive generators, pumps, and vehicles, it is very important to calculate the additional stress of shafting by torsional vibration. In this paper, the transfer stiffness coefficient method which is based on the successive transfer of stiffness coefficient was applied to the calculation of the additional stress of shafting in reciprocating machine by torsional vibration. In order to confirm the effectiveness of the present method, a propulsion shafting with a diesel engine in a vessel was considered as the computational example of shafting in reciprocating machine. The results calculated by the present method were compared with those of the modal analysis method, the mechanical impedance method, and free vibration analysis.

모터사이클 프레임의 구조강성 강화를 위한 설계변수해석 (Parametric Analysis for Structural Stiffness Enhancement of Motorcycle Frame)

  • 이용우;하성용;권종호
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제24권5호
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    • pp.612-617
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    • 2016
  • A motorcycle frame is a structure that endures the load and retains durability under various driving environments. A motorcycle has been developed with a diverse utility range, and its design has always been expanded to the newly created concept based on advanced engineering technologies. In this study, a compact motorcycle frame is considered to perform parametric studies that can enhance the stiffness of a frame with computational simulation. Finite element analysis is used to compare the deformation and stiffness of a base model and four case-models with three design-change-parameters. The parametric studies are analyzed to provide available methods that can be expected in the industrial fields of engineering design for a motorcycle frame.

이선형 재료모델의 비선형 정적해석을 위한 강성추정 알고리즘 개발 (Development of Stiffness Estimation Algorithm for Nonlinear Static Analysis of Bilinear Material Model)

  • 정성진;박세희
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제17권2호
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    • pp.620-626
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    • 2016
  • 구조물의 비선형 지진응답을 평가하는 것은 내진공학에 있어서 중요한 요소로 인식되고 있다. 비선형 정적해석은 이를 위한 대표적인 방법론의 하나이며, 특정 해석단계에서의 구조물 강성추정을 위한 다양한 수치해석적 방법론들이 제시, 적용되고 있다. 하지만, 이러한 방법론들은 상당한 해석시간을 요하거나 부정확한 간편법에 그치고 있어 실무적용에 많은 어려움이 존재한다. 이러한 이유로 본 연구에서는 비선형 정적해석 시 정확하고 효과적인 구조물 강성추정 방법론을 제시하고자 한다. 이를 위하여, 기존의 단계해석법에 대한 이론적 연구를 수행하였으며, 이를 바탕으로 이선형 재료모델 특성을 가진 구조물의 강성구성 알고리즘을 제시하였다. 최종적으로, 제시된 알고리즘을 적용한 컴퓨터 프로그램 sNs를 개발하였다.

곡률 커플링 접촉각에 따른 접촉 강성 및 굽힘 강성해석 (Analysis of Contact Stiffness and Bending Stiffness according to Contact Angle of Curvic Coupling)

  • 유용훈;조용주;이동현;김영철
    • Tribology and Lubricants
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    • 제34권1호
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    • pp.23-32
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    • 2018
  • Coupling is a mechanical component that transmits rotational force by connecting two shafts. Curvic coupling is widely used in high-performance systems because of its excellent power transmission efficiency and easy machining. However, coupling applications change dynamic behavior by reducing the stiffness of an entire system. Contact surface stiffness is an important parameter that determines the dynamic behavior of a system. In addition, the roughness profile of a contact surface is the most important parameter for obtaining contact stiffness. In this study, we theoretically establish the process of contact and bending stiffness analysis by considering the rough surface contact at Curvic coupling. Surface roughness parameters are obtained from Nayak's random process, and the normal contact stiffness of a contact surface is calculated using the Greenwood and Williamson model in the elastic region and the Jackson and Green model in the elastic-plastic region. The shape of the Curvic coupling contact surface is obtained by modeling a machined shape through an actual machining tool. Based on this modeling, we find the maximum number of gear teeth that can be machined according to the contact angle. Curvic coupling stiffness is calculated by considering the contact angle, and the calculation process is divided into stick and slip conditions. Based on this process, we investigate the stiffness characteristics according to the contact angle.

성토지지말뚝구조에서 토목섬유 인장강성 증가에 따른 변위 억제 및 말뚝효율 증가량에 대한 수치해석적 분석 (Numerical Analysis on the Effect of Increasing Stiffness of Geosynthetics on Soil Displacement and Pile Efficiency in Piled Embankment on Soft Soil)

  • 이태희;이수형;이일화;정영훈
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제31권4호
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    • pp.31-43
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    • 2015
  • 성토지지말뚝구조의 다양한 조건에서 토목섬유의 인장강성 변화가 성토체 및 토목섬유의 연직변위와 말뚝효율에 미치는 영향을 수치해석적으로 평가하였다. 매개변수 해석을 위해 연약지반의 강성, 성토재의 내부 마찰각과 팽창각, 토목섬유를 포함한 복합 재료층의 휨 강성을 변화시켰다. 토목섬유의 인장강성이 증가하면 말뚝효율이 증가하지만 그 증가량은 해석 조건에 따라 다르다. 성토재의 내부 마찰각이 매우 낮거나 복합 재료층의 휨 강성이 매우 높으면 뚜렷한 말뚝효율 증가가 나타났다. 연약지반의 강성이 매우 낮은 경우에 토목섬유의 인장강성을 증가시키면 뚜렷하게 연직 변위가 감소하였다. 복합 재료층의 휨 강성이 높으면 토목섬유 인장강성을 증가시켜 말뚝효율이 크게 향상되었다.

역해석을 이용한 지반 강성 산정 및 굴착 지지벽체의 변형 평가 (Evaluation of Soil Stiffness and Excavation Support Wall Deformation at Deep Excavation Site Using Inverse Analysis)

  • 김태식;정영훈
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제21권12호
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    • pp.5-10
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    • 2020
  • 인천에 위치한 OO 깊은 굴착 현장을 대상으로 굴착에 따른 지반 물성값의 변화를 역해석을 통해 분석하였다. 굴착 단계별로 유한 요소 해석을 통해 예측한 굴착 지지 벽체의 수평방향 변위와 현장에서 지중경사계를 이용하여 계측한 값을 비교하여 지반의 강성을 업데이트하였다. 업데이트한 지반의 강성을 다음 굴착 단계에서 굴착 지지 벽체의 거동 예측에 사용하였다. Hardening Soil 모델을 이용한 유한요소해석 기법을 사용하였으며, 굴착 지지 벽체가 위치하는 지층을 역해석 대상 지층으로 선정하였고, 그 지층의 강성값을 역해석 대상으로 선정하였다. 굴착 초기 단계의 지반의 강성값은 당초 설계에서 사용한 강성값에 비해 큰 것으로 나타났다. 굴착이 진행됨에 따라 재역해석을 통해 산정한 지반의 강성값은 초기에 역해석으로 도출한 값에 비해 감소한 것으로 나타났다. 따라서, 굴착 단계에 따라 적절한 지반의 강성값을 입력해야 유한 요소 해석을 통해 정확한 굴착 지지 벽체의 변형을 산정할 수 있을 것으로 판단한다.

A hybrid method for dynamic stiffness identification of bearing joint of high speed spindles

  • Zhao, Yongsheng;Zhang, Bingbing;An, Guoping;Liu, Zhifeng;Cai, Ligang
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제57권1호
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    • pp.141-159
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    • 2016
  • Bearing joint dynamic parameter identification is crucial in modeling the high speed spindles for machining centers used to predict the stability and natural frequencies of high speed spindles. In this paper, a hybrid method is proposed to identify the dynamic stiffness of bearing joint for the high speed spindles. The hybrid method refers to the analytical approach and experimental method. The support stiffness of spindle shaft can be obtained by adopting receptance coupling substructure analysis method, which consists of series connected bearing and joint stiffness. The bearing stiffness is calculated based on the Hertz contact theory. According to the proposed series stiffness equation, the stiffness of bearing joint can be separated from the composite stiffness. Then, one can obtain the bearing joint stiffness fitting formulas and its variation law under different preload. An experimental set-up with variable preload spindle is developed and the experiment is provided for the validation of presented bearing joint stiffness identification method. The results show that the bearing joint significantly cuts down the support stiffness of the spindles, which can seriously affects the dynamic characteristic of the high speed spindles.

훨타워 시험 수행을 위한 무힌지 블레이드 플렉셔 굽힘 강성 보강 (Hingeless Blade Flexure Bending Stiffness Reinforcement for Whirl Tower Test)

  • 김태주;기영중
    • 한국항공우주학회지
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    • 제42권5호
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    • pp.390-397
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    • 2014
  • BO-105 헬리콥터는 무힌지 로터 허브시스템이 적용되었으며, 블레이드의 루트 영역이 무힌지 허브 시스템의 플렉셔에 해당한다. 따라서 본 블레이드를 이용한 훨타워 시험 수행을 대비하여 굽힘 강성이 낮은 플렉셔 부분에 대한 굽힘 강성 보강을 수행하였다. 플렉셔 굽힘 강성 보강 수행을 위해 플렉셔 부분의 단면 형상을 모델링하여 굽힘 강성을 계산하였으며, 이를 바탕으로 강성 보강을 위한 복합재의 두께를 선정하였다. 보강된 플렉셔의 실제 굽힘 강성을 확인하기 위하여 강성보강 전 형상에 대한 강성 측정 시험과 강성보강 이후 형상에 대한 강성 측정 시험을 수행하여 결과를 비교하였다.

Study on midtower longitudinal stiffness of three-tower four-span suspension bridges with steel truss girders

  • Cheng, Jin;Xu, Hang;Xu, Mingsai
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제73권6호
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    • pp.641-649
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    • 2020
  • The determination of midtower longitudinal stiffness has become an essential component in the preliminary design of multi-tower suspension bridges. For a specific multi-tower suspension bridge, the midtower longitudinal stiffness must be controlled within a certain range to meet the requirements of sliding resistance coefficient and deflection-to-span ratio. This study presents a numerical method to divide different types of midtower and determine rational range of longitudinal stiffness for rigid midtower. In this method, influence curves of midtower longitudinal stiffness on sliding resistance coefficient and maximum vertical deflection-to-span ratio are first obtained from the finite element analysis. Then, different types of midtower are divided based on the regression analysis of influence curves. Finally, rational range for longitudinal stiffness of rigid midtower is derived. The Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is selected as the subject of this study. This will be the first three-tower four-span suspension bridge with steel truss girders and concrete midtower in the world. The proposed method provides an effective and feasible tool for engineers to design midtower of multi-tower suspension bridges.