Ball and roller bearings are commonly used machine elements for supporting rotating motion about shafts in simple devices including bicycles, in-line skates, and electric motors, as well as in complex machines. Heat is generated by the friction in the bearings, which causes the temperature inside the bearing to increase. If the heat is not appropriately removed from the bearing, elevated temperatures may give rise to premature failure. It is, therefore, important to be able to calculate the temperature in the bearings due to friction.Here, we describe a method to estimate the frictional torque in bearings using an empirical formula developed using a method based on bearing analysis tool and the measured frictional torque in a spindle system. Thermal analysis of the spindle system including the bearings was achieved using the finite element method (FEM), and the bearing temperature was compared with measured data to verify the empirical formula.
Composite air spindles are appropriate for the high-speed and the high-precision machining as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors because of the low rotational inertia, the high damping ratio and the high fundamental natural frequency of composite shaft. The axial load and stiffness of composite air spindles fur drilling operation are determined by the thrust ben ring composed of the air supply part mounted on the housing and the rotating part mounted on the rotating shaft. At high-speed rotation, the rotating part of the thrust bearing should be designed considering the stresses induced by centrifugal force as well as the axial stiffness and the natural frequency of the rotating shaft to void the shaft from failure due to the centrifugal force and resonant vibration. In this work, the air supply part of the thrust bearing was designed considering the bending stiffness of the bearing and the applied load. The rotating part of the thrust bearing was designed through finite element analysis considering the cutting forces during manufacturing as well as the static and dynamic characteristics under both the axial and con trifugal forces during high-speed rotation.
Excessive vibration in rotating machinery is a problem encountered in many different fields, causing such difficulties as fatigue of machinery components and failure of supporting bearings. Passive techniques, though sometimes limited in their capabilities, have been used in the past to attenuated vibrations. Recently active techniques have been developed to provide vibration control perform beyond that provided by their passive counters. Most often, the focus of active control methods has been to suppress rotating machinery displacements. In cases where vibration results in bearing failures, displacement suppression may not be the best choice of control approaches (it can, in fact, increase dynamic bearing loads which would be even more harmful to bearings). This paper presents two optimal control methods for attenuating steady state vibrations in rotating machinery. One method minimizes shaft displacements while the other minimizes dynamic bearing reaction forces. The two methods are applied to a model of a typical rotating machinery system and their results are compared. It is found that displacement minimization can increase bearing loads, while bearing load minimization, on the other hand, decreases bearing loads.
Available methods to determine the ultimate bearing capacity of shallow foundations may not be accurate enough owing to the complicated failure mechanism and diversity of the underlying soils. Accordingly, applying new methods of artificial intelligence can improve the prediction of the ultimate bearing capacity. The M5' model tree and the genetic programming are two robust artificial intelligence methods used for prediction purposes. The model tree is able to categorize the data and present linear models while genetic programming can give nonlinear models. In this study, a combination of these methods, called the M5'-GP approach, is employed to predict the ultimate bearing capacity of the shallow foundations, so that the advantages of both methods are exploited, simultaneously. Factors governing the bearing capacity of the shallow foundations, including width of the foundation (B), embedment depth of the foundation (D), length of the foundation (L), effective unit weight of the soil (${\gamma}$) and internal friction angle of the soil (${\varphi}$) are considered for modeling. To develop the new model, experimental data of large and small-scale tests were collected from the literature. Evaluation of the new model by statistical indices reveals its better performance in contrast to both traditional and recent approaches. Moreover, sensitivity analysis of the proposed model indicates the significance of various predictors. Additionally, it is inferred that the new model compares favorably with different models presented by various researchers based on a comprehensive ranking system.
Present study computes the ultimate bearing capacity of an embedded strip footing situated on the rock slope subjected to seismic loading. Influences of embedment depth of strip footing, horizontal seismic acceleration coefficient, rock slope angle, Geological Strength Index, normalized uniaxial compressive strength of rock mass, disturbance factor, and Hoek-Brown material constant are studied in detail. To perform the analysis, the lower bound finite element limit analysis method in combination with the semidefinite programming is utilized. From the results of the present study, it can be found that the magnitude of the bearing capacity factor reduces quite substantially with an increment in the seismic loading. In addition, with the increment in slope angle, further reduction in the value of the bearing capacity factor is observed. On the other hand, with an increment in the embedment depth, an increment in the value of the bearing capacity factor is found. Stress contours are presented to describe the combined failure mechanism of the footing-rock slope system in the presence of static as well as seismic loadings for the different embedment depths.
Daniel L J Morris;Katherine Walstow;Lisa Pitt;Marie Morgan;Amol A Tambe;David I Clark;Timothy Cresswell;Marius P Espag
Clinics in Shoulder and Elbow
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제27권1호
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pp.18-25
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2024
Background: The Discovery Elbow System (DES) utilizes a polyethylene bearing within the ulnar component. An exchange bearing requires preoperative freezing and implantation within 2 minutes of freezer removal to allow insertion. We report our outcomes and experience using this technique. Methods: This was an analysis of a two-surgeon consecutive series of DES bearing exchange. Inclusion criteria included patients in which exchange was attempted with a minimum 1-year follow-up. Clinical and radiographic review was performed 1, 2, 3, 5, 8 and 10 years postoperative. Outcome measures included range of movement, Oxford Elbow Score (OES), Mayo Elbow Performance Score (MEPS), complications and requirement for revision surgery. Results: Eleven DESs in 10 patients were included. Indications were bearing wear encountered during humeral component revision (n=5); bearing failure (n=4); and infection treated with debridement, antibiotics and implant retention (DAIR; n=2). Bearing exchange was conducted on the first attempt in 10 cases. One case required a second attempt. One patient developed infection postoperatively managed with two-stage revision. Mean follow-up of the bearing exchange DES was 3 years. No further surgery was required, with no infection recurrence in DAIR cases. Mean elbow flexion-extension and pronosupination arcs were 107°(±22°) and 140° (±26°). Mean OES was 36/48 (±12) and MEPS was 83/100 (±19). Conclusions: Our results support the use of DES bearing exchange in cases of bearing wear with well-fixed stems or acute infection. This series provides surgeons managing DES arthroplasty with management principles, successful and reproducible surgical techniques and expected clinical outcomes in performing DES polyethylene bearing exchange. Level of evidence: IV.
It is clear from the former researches on reinforced concrete filled steel tubular (RCFT) structures that RCFT structures have higher strength and deformation capacity than concrete filled steel tubular (CFT) structures. However, in the case of actual applications to large-scaled structures, the thin-walled steel tube must be used from the view point of economic condition. Therefore, in this study, compression tests of RCFT columns which were made by thin-walled steel tube or small load-sharing ratio in cooperation with high strength concrete were carried out, meanwhile corresponding tests of CFT, reinforced concrete (RC), pure concrete and steel tube columns were done to compare with RCFT. By the a series of comparison and analysis, characteristics of RCFT columns were clarified, and following conclusions were drawn: RCFT structures can effectively avoided from brittle failure by the using of reinforcement while CFT structures are damaged due to the brittle failure; with RCFT structures, excellent bearing capacity can be achieved in plastic zone by combining the thin-walled steel tube with high strength concrete and reinforcement. The smaller load-sharing ratio can made the reinforcement play full role; Combination of thin-walled steel tube with high strength concrete and reinforcement is effective way to construct large-scaled structures.
In this study, side-face blowout failure strength of high strength headed reinforcing bar, which is vertically anchoring between RC or SFRC members, is evaluated throughout pullout test. The major test parameters are content ratio of high strength steel fibers, strength of rebar, length of anchorage, presence of shear reinforcement, and the side concrete cover thickness planned to be 1.3 times of the rebar. In pullout test, tensile force was applied to the headed reinforcing bar with the hinged supports positioned 1.5 and 0.7 times the anchorage length on both sides of the headed reinforcing bar. As a result, the cone-shaped crack occurred where the headed reinforcing bar embedded and finally side-face blowout failure caused by bearing pressure of the headed reinforcing bar. The tensile strength of specimens increased by 13.0 ~26.2% with shear reinforcement. The pullout strength of the specimens increased by 3.6 ~15.4% according to steel fiber reinforcement. Increasing the anchoring length and shear reinforcement were evaluated to reduce the stress bearing ration of the total stress.
This paper is an experimental study of investigating the reinforcing effect and the behavior of cohesionless slope installed with reticulated root pils. Reduced scale model tests with plane strain conditions were performed to study the behavior of the strip footing located on the surface of cohesionless slopes reinforced with root piles. Model tests were carried out with Jumunjin Standard Sand of 45% relative density prepared by raining method to have an uniform slope foundation during tests. Slope of model foundation was 1 : 1.5 and a rigid model slop. Parametric model tests were performed with changing location of model footing, arrangements of root piles and angles of pile installation. On the other hands, the technique with camera shooting was used to monitor sliding surface formed with discontinuty of dyed sand prepared during formation o foudation. From test results, parameters affecting the behavior of model footing were analyzed qualitatively to evaluate their effects on the characteristic of load - settlement, ultimate bearing capacity of model footing and failure mechanism based on the formation of failure surface.
In this paper, quasi-static tests were carried out on three prefabricated reinforced concrete column-steel beam (RCS) sub-assemblages with floor slabs and one comparison specimen without floor slab. The effects of axial compression and floor slab on the seismic performance were studied, and finite element simulations were conducted using ABAQUS. The results showed that the failure of prefabricated RCS sub-assemblages with floor occurred as a joint beam and column failure mode, while failure of sub-assemblages without floor occurred due to beam plastic hinge formation. Compared to the prefabricated RCS sub-assemblages without floor slab, the overall stiffness of the sub-assemblages with floor slab was between 19.2% and 45.4% higher, and the maximum load bearing capacity increased by 26.8%. However, the equivalent viscosity coefficient was essentially unchanged. When the axial compression ratio increased from 0.24 to 0.36, the hysteretic loops of the sub-assemblages with floor became fuller, and the load bearing capacity, ductility, and energy dissipation capacity increased by 12.1%, 12.9% and 8.9%, respectively. Also, the initial stiffness increased by 10.2%, but the stiffness degradation accelerated. The proportion of column drift caused by beam end plastic bending and column end bending changed from 35% and 46% to 47% and 36%, respectively. Comparative finite element analyses indicated that the numerical simulation outcomes agreed well with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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