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.
Recently, several studies have been conducted to lower the cost of transport of human by adding external joint stiffness elements. However, it has not been clearly elucidated whether adaptation time is required for human subjects to adapt to the added external joint stiffness. In this study, carbon plates in the form of shoe midsoles were added to the metatarsophalangeal joint, and the lower limb joint torque and mechanical energy consumption were compared before and after a total of 5 sessions (2.5 weeks) of running. A total of 11 young healthy participants exhibited higher elastic energy storage in carbon plates in the fifth session compared to the first session, and lower power in the ankle joint. This suggests that a single training session may be insufficient to validate the efficiency effect of added joint stiffness, and the human body seems to increase the elastic energy stored in the assistive joint stiffness and its reutilization.
This paper analyzes the singularity of an anthropomorphic robot associated with joint and operational stiffness generation from muscle stiffness. The singularity analysis is made simply based on the signs of the actual and the desired coupling joint stiffness. First, the relationships of the muscle stiffness and the actual joint stiffness, and the operational stiffness and the desired joint stiffness are examined. Second, according to the sign restriction on the actual coupling joint stiffness, the operational space is divided into the semi-singular(SS), the regular(R), and the semi-regular(SR) regions. Third, from the sign comparison of tile actual and the desired coupling joint stiffness, the sufficient condition for the semi-singularity in operational stiffness generation is derived. The limitation on the allowable operational stiffness when a task point belongs to SS, R, and SR regions is also discussed. Simulation results are given.
Spring-like leg models have been employed to explain various dynamic characteristics in human walking. However, this leg stiffness model has limitations to represent complex motion of actual human gait, especially the behaviors of each lower limb joint. The purpose of this research was to determine changes of total leg stiffness and lower limb joint stiffness with gait speed in knee osteoarthritis. Joint stiffness defined as the ratio of the joint torque change to the angular displacement change. Eight subjects with knee osteoarthritis participated to this study. The subject walked on a 12 m long and 1 m wide walkway with three sets of four different randomly ordered gait speeds, ranging from their self-selected speed to maximum speed. Kinetic and kinematic data were measured using three force plates and an optical marker system, respectively. Joint torques of lower limb joints calculated by a multi-segment inverse dynamics model. Total leg and each lower limb joint had constant stiffness during single support phase. The leg and hip joint stiffness increased with gait speed. The correlation between knee joint angles and torques had significant changed by the degree of severity of knee osteoarthritis.
Park, Hyung-Seok;Choi, Kyung-Ho;Lee, Hyo-Jin;Kim, Yang-Soo
Clinics in Shoulder and Elbow
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제23권2호
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pp.109-117
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2020
Repair of the rotator cuff tear is a joint-tightening procedure that can worsen joint stiffness. This paradoxical phenomenon complicates treatment of rotator cuff tear with joint stiffness. As a result, there is controversy about how and when to treat joint stiffness. As many treatments have been published, this review discusses the latest findings on treatment of rotator cuff tear with joint stiffness.
A method has been developed to tune the static stiffness at a rotation joint considering the whole machine tool system by interactive use of finite element method and experiment. This paper describes the procedure of this method and shows the results. The method uses the static experiment on measurement model which is set-up so that the effects of uncertain factors can be excluded. For FEM simulation, the rotation joint model is simplified using only spindle, bearing and spring. At the rotation joint, the damping coefficient is ignored, The spindle and bearing is connected by only spring. By static experiment, 500 N is forced to the front and behind portion of spindle and the deformation is measured by capacitive sensor. The deformation by FEM simulation is extracted with changing the static stiffness from the initial static stiffness considering only rotation joint. The tuning static stiffness is obtained by exploring the static stiffness directly trusting the deformation from the static experiment. Finally, the general tuning method of the static stiffness of machine tool joint is proposed using the force stream and the modal analysis of machine tool.
Joint stiffness can affect the vibration characteristics of car body structures. Therefore, it should be included in vehicle system model. In this paper, a numerical approximation of joint stiffness is presented considering joint flexibility of thin walled beam-jointed structures. Using the proposed method, it is possible to optimize joint structures considering the change of section shapes in vehicle structures. The numerical approximation of joint stiffness is derived using the response surface method in terms of beam section properties. The study shows that joint stiffnesses can be effectively determined in designing vehicle structures.
쉴드 TBM 터널의 라이닝은 세그먼트로 구성되므로, 각각의 세그먼트가 서로 연결되면서 세그먼트 이음부를 발생시킨다. 세그먼트 이음부는 쉴드 TBM 설계에 있어 강성계수로 적용되어지는데, 세그먼트 이음부 강성계수는 그 결정 방법에 따라 결과 값이 현저한 차이를 보인다. 따라서 서로 다른 강성계수를 설계에 적용하였을 경우 그 결과가 어떻게 다른지에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 세그먼트 이음부 강성계수를 이론식을 통해 결정한 후 일정한 범위를 선정하였다. 그 범위 내에서 강성계수를 변화해가며 터널 단면 수치해석을 실시하여 세그먼트 라이닝 부재력을 도출하였고, 이에 강도설계법을 적용하여 세그먼트 라이닝 안정성 검토를 실시하였다. 그 결과 세그먼트 이음부 강성계수는 세그먼트 라이닝 설계에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
This study examined the maximum resistant moment and nonlinear rotational stiffness of wedge joint between the vertical and horizontal members of system supports. To examine the maximum resistant moment and propose the nonlinear rotation stiffness of wedge joint, 6 specimens were tested and additional 3 specimens, where the horizontal member was welded to the vertical member, were tested to compare the moment capacity of wedge joints. The average maximum moment in the tested wedge joint was 1.183 kNm which represented about 70 % of the maximum moment developed in the welded specimens. And, as simulating nonlinear rotational stiffness of the wedge joint, a tri-linear model was suggested. The rotational stiffness was estimated as 23.095 kNm/rad in first stage, 7.945 kNm/rad in second stage, and 3.073 kNm/rad in third stage. For the failure mode, the specimen with the wedge joint showed the failure of joint between vertical and horizontal members. However, the specimen with welded joint represented the yielding of horizontal members.
This paper presents the optimization design technique on the joint stiffness and section characteristic factors of chassis frame, by using beam and spring elements in a given design package. Two correction methods are used for the optimization design of chassis frame. First is the equivalent inertia of moment method in relation to the section characteristic factors of joint zones, which are thickness , width and height of frame channel section. Second is the rotational spring element with joint stiffness of joint zones. The CAE example shows that the relationship of section characteristic factors and joint stiffness can effectively be used in designing chassis frame. In this point, if static and dynamic targets are given, the joint-zone and section characteristic factors of chassis frame intended may be designed and defined by using beam and rotational spring elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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