To simulate the self excited torsional vibrations of rotating drill strings (DSs) in vertical bore-holes, the nonlinear wave models of homogeneous and sectional torsional pendulums are formulated. The stated problem is shown to be of singularly perturbed type because the coefficient appearing before the second derivative of the constitutive nonlinear differential equation is small. The diapasons ${\omega}_b\leq{\omega}\leq{\omega}_l$ of angular velocity ${\omega}$ of the DS rotation are found, where the torsional auto-oscillations (of limit cycles) of the DS bit are generated. The variation of the limit cycle states, i.e. birth (${\omega}={\omega}_b$), evolution (${\omega}_b<{\omega}<{\omega}_l$) and loss (${\omega}={\omega}_l$), with the increase in angular velocity ${\omega}$ is analyzed. It is observed that firstly, at birth state of bifurcation of the limit cycle, the auto-oscillation generated proceeds in the regime of fast and slow motions (multiscale motion) with very small amplitude and it has a relaxation mode with nearly discontinuous angular velocities of elastic twisting. The vibration amplitude increases as ${\omega}$ increases, and then it decreases as ${\omega}$ approaches ${\omega}_l$. Sectional drill strings are also considered, and the conditions of the solution at the point of the upper and lower section joints are deduced. Besides, the peculiarities of the auto-oscillations of the sectional DSs are discussed.
Welding distortion is more serious problem than any other problems caused by welding process, especially, in the heavy-industrial place. These welding distortions are caused by nonuniform heating and cooling of metal during and after welding operations. And these distortion quantities are must be known to worker in production line because distorions are important role in assembling part. Therefore an analytical model to explain and predict the welding distortion are needed. A numerical analysis of welding distortion which is inelastic behavior of weldment would require the three dimensional calculation. But computing time and memory would be very large, and the resulting cost might be unacceptable. Therefore we use a numerical technique for two dimensional analysis in the section normal to the weld direction of weldment under an assumption of quasi-stationary conditions. But the result of the calculation under two dimensional(plane strain) assumption was not satisfied as compared with experimental result. This paper proposed a technique for analysing the welding angular distortion by using a constraint boundary condition on the two dimensional finite element model. The simulation results revealed that the constraint boundary model could more reasonably describe the welding distortion than the plane strain model did.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.1
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pp.101-109
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2008
The stability of a rotating cantilever pipe conveying fluid with a crack and tip mass is investigated by the numerical method. That is, the effects of the rotating angular velocity, mass ratio, crack severity and tip mass on the critical flow velocity for flutter instability of system are studied. The equations of motion of rotating pipe are derived by using the Euler-Bernoulli beam theory and the extended Hamilton's principle. The crack section of pipe is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. Also, the crack is assumed to be in the first mode of fracture and always opened during the vibrations. When the tip mass and crack are constant, the critical flow velocity for flutter is proportional to the rotating angular velocity of pipe. In addition, the stability maps of the rotating pipe system as a rotating angular velocity and mass ratio ${\beta}$ are presented.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.1
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pp.73-79
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2004
When structures undergo rotating motion, their modal characteristics often vary significantly. The variations of modal characteristics are determined from their geometric shapes and their rotating angular speed. Since the modal characteristics vary during the operation of the structures, they should be carefully scrutinized. In this paper, rotating cantilever beams are chosen as design targets which need to meet some specific design requirements. The thickness and the width of the rotating beams are assumed as multi-stage spline functions and the stage values for the thickness and the width are used as design variables for the optimization problems.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.356-359
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2007
In this paper, the stability of a rotating cantilever pipe conveying fluid with a crack is investigated by the numerical method. That is, the influences of the rotating angular velocity, mass ratio and crack severity on the critical flow velocity for flutter instability of system are studied. The equations of motion of rotating pipe are derived using the Euler beam theory and the Lagrange's equation. The crack section of pipe is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations. Generally, the critical flow velocity for flutter is proportional to the angular velocity and the depth of crack. Also, the critical flow velocity and stability maps of the rotating pipe system as a function of mass ratio for the changing each parameter are obtained.
The purpose of this study is to provide mathematical knowledge for supporting the didactical knowledge on circular measure and radian in the high school curriculum. We show that circular measure related to arcs can be mathematically justified as an angular measure and radian is a well defined concept to be able to reconcile the values of trigonometric functions and ones of circular functions, which are real variable functions. Radian has two-fold intrinsic attributes of angular measure and arc measure on the unit circle, in particular, the latter property plays a very important role in simplifying the trigonometric derivatives. To improve students's low academic achievement in trigonometry section, the useful advantage and the background over the introduction of radian should be preferentially taught and recognized to students. We suggest some teaching plans to practice in the class of elementary and middle school for enhancing teachers' and students' understanding of radian.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2174-2181
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1996
Equations of chordwise and flapwise bending motions of pretwisted rotatin cantilever beams are derived. The two motions are coupled to each other due to the pretwist angle of the beam cross section. As the angular speed, hub radius ratio, and pretwist angle vary, the vibration characteristics of the beam change. It is found that engenvalue loci veering phenomena and associated mode shape variations occur between two vibration modes due to the pretwist angle. The effect of the pretwist angle on the critical angular speed is also investigated.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.7
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pp.623-631
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2000
Effects of the taper angle and the angular velocity of a pulse tube on the enthalpy flow loss associated with the steady mass streaming were analysis by two-dimensional analysis of a pulse tube with variable cross-section. It was shown that the steady mass flux can lead to a large steady second-order temperature. The enthalpy flow loss associated with the steady mass streaming increases as the angular velocity increases. For a pulse tube where the viscous penetration depth is far thinner than the inner radius, the enthalpy flow loss can be significantly reduced by tapering the pulse tube since both the steady mass flux and the steady second-order temperature decrease as the taper angle increase.
This paper presents theoretical analyses for unstable vibrations caused by the couple of bending and torsion in a rotating shaft driven through a universal joint. A driving shaft is assumed to be rigid and to rotate with a constant angular velocity. The driven shaft system consists of a flexible shaft with a circular section and a symmetrical rotor attached at a point between the shaft ends. Equations of motion derived hold with an accuracy of the second order of shaft deformations, and are analyzed by the asymptotic method. The vibrations become unstable when the driving shaft rotates with the angular velocity to be approximately equal to half of the sum of the natural frequencies for whirling and torsional vibrations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1161-1169
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2007
In this paper, the dynamic stability of a rotating cantilever pipe conveying fluid with a crack is investigated by the numerical method. That is, the influence of the rotating angular velocity, mass ratio and crack severity on the critical flow velocity for flutter instability of system are studied. The equations of motion of rotating cantilever pipe are derived by using extended Hamilton's principle. The crack section of pipe is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and always opened during the vibrations. Generally, the critical flow velocity for flutter is proportional to the rotating angular velocity of a pipe. Also, the critical flow velocity and stability maps of the rotating pipe system for the variation each parameter are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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