Atherosclerosis is a disease that narrows, thickens, hardens, and restructures a blood vessel due to substantial plaque deposit. The geometric models of the considered stenotic blood flow are three different types of constriction of cross-sectional area of blood vessel; 25%, 50%, and 75% of constriction. The computational model with the fluid-structure interaction is introduced to investigate the wall shear stresses, blood flow field and recirculation zone in the stenotic vessels. The velocity profile in a compliant stenotic artery with various constrictions is subjected to prescribed physiologic waveform. The computational simulations were performed, in which the physiological flow through a compliant axisymmetric stenotic blood vessel was solved using commercial software ADINA 8.4 developed by finite element method. We demonstrated comparisons of the wall shear stress with or without the fluid-structure interaction and their velocity profiles under the physiological flow condition in the compliant stenotic artery. The present results enhance our understanding of the hemodynamic characteristics in a compliant stenotic artery.
Traditionally, the continuum-based topology optimization methods employing the SIMP technique have been used to design compliant mechanisms. Although they have been successful, the optimized mechanisms by the methods are usually difficult to manufacture because of their geometrical complexities. The objective of this study is to develop a topology optimization method that can produce easy-to-fabricate mechanism structure. The proposed method is a ground beam method where beam connectivity is controlled by the beam joint stiffness. In this approach, beam joint stiffness determines the mechanism configuration. Because b the ground structure beams have uniform thicknesses varying only discretely, the resulting mechanism topologies become easily manufacturable.
This paper suggests novel types of joint mechanisms composed of elastic strings and rigid bodies. All of the human hinge joints have the articular capsule and a pair of collateral ligaments. These fibrous tissues make the joint compliant and stable. The proposed mechanism closely imitates the human hinge joint structure by using the concept of tensegrity. The resultant mechanism has several characteristics shown commonly from both the tensegrity structure and the human joint such as compliance, stability, lightweight, and non-contact between rigid bodies. In addition, the role and feature of the human hinge joints vary according to the origins of a pair of collateral ligaments. Likewise, the locations of two strings corresponding to a pair of collateral ligaments produce different function and motion of the proposed mechanism. It would be one of the advantages obtained from the proposed mechanism. How to make a joint mechanism with different features is also suggested in this paper.
Topology optimization has been widely used in many research areas due to its ability in providing intial designs for the problems with complex boundary conditions. This also has been useful in compliant mechanisms, but resulting layouts may not be immediately manufacturable because they usually consist of members with varying widths and shapes. Also, there occurs some numerical difficulties such as checkerboards or hinge patterns which result from 1-node connection, and intermediate values which make the manufacturing of the designed structure difficult. Though there are many remedies given to avoid this problems, they cannot be prevented. One may avoid this difficulty by employing uniform ground beams and explicit hinge joints. The proposed method is to connect uniform ground beams with elastic short-beam hinge joints. By choosing the widths of short beams as design variables, dominant deformations can occur mainly by flexible joints having intermediate widths. Unlike the conventional methods used for compliance minimization, intermediate widths must appear in compliant mechanism design problems. Also, the present approach does not encounter the problem of one-point hinges.
In this paper, a compliant buoy mooring system of a floating cylindrical structure in shallow water depth is studied experimentally. The compliant buoy mooring system consists of four buoys, vertical mooring legs and horizontal mooring lines. A series of model test were carried out at KRISO ocean engineering basin for various mooring parameters; line length, pretension of mooring leg and mooring layouts and environmental conditions; regular and irregular waves combined with current and wind. The mooring line tensions and 6-DOF motions of the floating structure were measured using water-proof load cells and 3 CCD camera system. The results of a series of model tests were discussed on nonlinear motion behaviors of the floating structure and characterisitics of cumulative distributions of mooring line peak tensions.
Adaptive wings are capable of properly modifying their shape depending on the current aerodynamic conditions, in order to improve the overall performance of a flying vehicle. In this paper is presented the concept design of a small-scale compliant wing rib whose outline may be distorted in order to switch from an aerodynamic profile to another. The distortion loads are induced by shape memory alloy actuators placed within the frame of a wing section whose elastic response is predicted by the matrix method with beam formulation. Genetic optimization is used to find a wing rib structure (corresponding to the first airfoil) able to properly deforms itself when loaded by the SMA-induced forces, becoming as close as possible to the desired target shape (second airfoil). An experimental validation of the design procedure is also carried out with reference to a simplified structure layout.
The flexibility as well as the stiffness is required to perform mechanical function of a structure such as compliant mechanisms, which can be applied to MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), flexible manufacturing devices, and design for no assembly. In this paper, the optimal design problem to achieve both structural flexibility and stiffness is formulated using multi-objective function, and the optimization problem is resolved by using Finite Element Method(FEM) and Sequential Linear Programming(SLP). Design examples of compliant mechanisms are presented to validate the design method.
Flow through compliant tubes with linear taper in wall thickness is numerically simulated by finite element analysis. Two models are examined: a planar two-dimensional channel, and an axisymmetric tube. For verification of the numerical method, flow through a compliant stenotic vessel is simulated and compared to existing experimental data. Computational results for an axisymmetric tube show that as cross-sectional area falls with a reduction in downstream pressure, flow rate increases and reaches a maximum when the speed index (mean velocity divided by wave speed) is near unity at the point of minimum cross-section area, indicative of wave speed flow limitation or "choking" (flow speed equals wave speed) in previous one-dimensional studies. For further reductions in downstream pressure, flow rate decreases. Cross-sectional narrowing is significant but localized. When the ratio of downstream-to-upstream wall thickness is ${\le}$ 2 the area throat is located near the downstream end; as wall taper is increased to ${\ge}$ 3 the constriction moves to the upstream end of the tube. In the planar two-dimensional channel, area reduction and flow limitation are also observed when outlet pressure is decreased. In contrast to the axisymmetric case, however, the elastic wall in the two-dimensional channel forms a smooth concave surface with the area throat located near the mid-point of the elastic wall. Though flow rate reaches a maximum and then falls, the flow does not appear to be choked.
When the topology optimization is applied to the design of compliant mechanism, unexpected displacements of input and output port are generated since the displacement control is not included in the formulation. To devise a more precise mechanism, displacement constraint is formulated using the mutual potential energy concept and added to multi-objective function defined with flexibility and stiffness of a structure. The optimization problem is resolved by using Finite Element Method(FEM) and Sequential Linear Programming(SLP). Design examples of compliant mechanism with displacement constraint are presented to validate the proposed design method.
Calculation was carried out for phase velocity and deformation wave decay in a layer of viscoelastic material fixed tightly on the solid substrate. Analysis has been performed regarding the inner structure of the wave, i.e., the proportions between the vertical and horizontal displacements and their profiles. The wave characteristics depend strongly on media compressibility factor. The effect of viscous losses on parameters of the main oscillation mode was studied in detail. Results were compared with the model of coating with local deformation. A new experimental approach was made in order to measure such wave properties of a compliant coating as the dependency of deformation wave velocity on frequency and decay factor was made. The method for estimation of coating parameters enabling the drag reduction in turbulent flow was then refined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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