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.
In nature, many small insects are using jumping as a survival strategy. Among them, fleas jump in a unique method. They use an elastomer, 'Resilin', an extensor muscle and a trigger muscle. By contracting the extensor muscle, the elastic energy, that makes a flea to jump, is stored in the resilin. After storing energy, the trigger muscle begins contracting and pulling the extensor muscle. When the extensor muscle crosses the rotational joint, direction of torque generated from the extensor muscle reverses, 'torque reversal mechanism'. Simultaneously, the elastic energy stored in the resilin releases rapidly and is converted into the kinetic energy. It makes a flea to jump 150 times its body length. In this paper, miniaturized jumping robot using flea-inspired catapult mechanism is presented. This mechanism is based on the 4-bar linkage and the reversal joint and is actuated by Shape Memory Alloy (SMA) coiled springs describing the flea's muscle. The robot prototype is fabricated by SCM process using glass fiber prepregs and a sheet of polyimide film. The prototype is 20mm link length, 34mm width and 2.0g weight and can jump 103cm.
Kothari, Kunal;Radhakrishnan, Ramachandran;Sudarshan, Tirumalai S.;Wereley, Norman M.
Advances in materials Research
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v.1
no.1
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pp.51-74
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2012
A powder metallurgy-based rapid consolidation technique, Plasma Pressure Compaction ($P^2C^{(R)}$), was utilized to produce near-net shape parts of gamma titanium aluminides (${\gamma}$-TiAl). Micron-sized ${\gamma}$-TiAl powders, composed of Ti-50%Al and Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb (at%), were rapidly consolidated to form near-net shape ${\gamma}$-TiAl parts in the form of 1.0" (25.4 mm) diameter discs, as well as $3"{\times}2.25"$ ($76.2mm{\times}57.2mm$) tiles, having a thickness of 0.25" (6.35 mm). The ${\gamma}$-TiAl parts were consolidated to near theoretical density. The microstructural morphology of the consolidated parts was found to vary with consolidation conditions. Mechanical properties exhibited a strong dependence on microstructural morphology and grain size. Because of the rapid consolidation process used here, grain growth during consolidation was minimal, which in turn led to enhanced mechanical properties. Consolidated ${\gamma}$-TiAl samples corresponding to Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb composition with a duplex microstructure (with an average grain size of $5{\mu}m$) exhibited superior mechanical properties. Flexural strength, ductility, elastic modulus and fracture toughness for these samples were as high as 1238 MPa, 2.3%, 154.58 GPa and 17.95 MPa $m^{1/2}$, respectively. The high temperature mechanical properties of the consolidated ${\gamma}$-TiAl samples were characterized in air and vacuum and were found to retain flexural strength and elastic modulus for temperatures up to $700^{\circ}C$. At high temperatures, the flexural strength of ${\gamma}$-TiAl samples with Ti-50%Al composition deteriorated in air by 10% as compared to that in vacuum. ${\gamma}$-TiAl samples with Ti-48%Al-2%Nb-2%Cr composition exhibited better if not equal flexural strength in air than in vacuum at high temperatures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.497-512
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2006
In this paper, a simple but effective analysis procedure to estimate seismic capacities of multi-span continuous bridge structures is proposed on the basis of modal pushover analysis considering all the dynamic modes of structure. Unlike previous studies, the proposed method eliminates the coupling effects induced from the direct application of modal decomposition by introducing an identical stiffness ratio and an approximate elastic deformed shape. Moreover, in addition to these two introductions, the use of an appropriate distributed load {P} makes it possible to predict the dynamic responses for all kinds of bridge structures through a simpler analysis procedure. Finally, in order to establish the validity and applicability of the proposed method, correlation studies between rigorous nonlinear time history analysis and the proposed method are conducted for multi-span continuous bridges.
The purpose of this study was to evacuate the effect of different types of Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffolds on the formation of human auricular and septal cartilages. All of the scaffolds were formed in a tubular shape for potential application for artificial trachea or esophagus with either 110,000 g/mol PLGA. 220,000 g/mol PLGA. or a combination of both. In order to maintain the tubular shape in vivo, two methods were used. One method was inserting polyethylene tube at the center of scaffolds made of 110,000 g/mol PLGA. The other method involved combination of the two different molecular weight PLGA's. The inner surface of tubular shaped scaffold made with 110,000 g/mol PLGA was coated with 220,000 9/mol PLGA to give more mechanical rigidity. Elastic cartilage was taken from the ear of a patient aged under 20 nears old and hyaline cartilage was taken from the nasal septum. The chondrocytes were then isolated. After second passage, the chondrocytes were seeded on the PLGA scaffolds followed by in vitro culture for one week. The cells-PLGA scaffold complex were implanted subcutaneously on the back of nude mice for 8 weeks. The tissue engineered cartilages were separated from nude mice and examined histologically after staining with the Hematoxylin Eosin. The morphology of the scaffolds were examined by scanning electron microscopy. The pores were well formed and uniformly distributed in the various PLGA scaffolds. After 8 weeks in vivo culture, cartilage was well formed with 110,000 g/mol PLGA. however lumen had collapsed. In contrast. a minimal amount of neocartilage was formed with 220,000 g/mol PLGA, while the architecture of scaffold and lumen were well preserved. Elastic cartilage formed more neocartilage than hyaline. Hyaline and elastic neocartilage were well formed on 110,000 g/mol PLGA with the polyethylene tube, exhibiting mature chondrocytes and preservation of the tubular shape. It was found that 110,000 g/mol PLGA was more appropriate for cartilage formation but higher molecular weight polymer was necessary to maintain the three dimensional shape of the scaffold.
The bearing mechanism of tunnel-type anchorage (TTA) for suspension bridges is studied. Model tests are conducted using different shapes of plug bodies, which are circular column shape and circular truncated cone shape. The results show that the plug body of the latter shape possesses much larger bearing capacity, namely 4.48 times at elastic deformation stage and 4.54 times at failure stage compared to the former shape. Numerical simulation is then conducted to understand the mechanical and structural responses of plug body and surrounding rock mass. The mechanical parameters of the surrounding rock mass are firstly back-analyzed based on the monitoring data. The calculation laws of deformation and equivalent plastic strain show that the numerical simulation results are rational and provide subsequent mechanism analysis with an established basis. Afterwards, the bearing mechanism of TTA is studied. It is concluded that the plug body of circular truncated cone shape is able to take advantage of the material strength of the surrounding rock mass, which greatly enhances its bearing capacity. The ultimate bearing capacity of TTA, therefore, is concluded to be determined by the material strength of surrounding rock mass. Finally, recommendations for TTA design are proposed and discussed.
Kim, Hyoung-Jun;Kim, Hyun-Su;Kim, Jong-Pil;Park, Jun-Hong;Kim, Myoung-Jin
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.6
s.73
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pp.123-129
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2006
The mechanical properties of bellows, such as the extensibility and the strength can be changed depending on the shape. For the shipbuilding material, it is desirable that the fatigue life is long due to the elastic property and the reduction of thermal stress in piping system. Nowadays, the domestic production and design of bellows are based on the E.J.M.A. Code. Therefore, the design standard is in need because of much errors and lack of detailed analysis. In this study, it is attempted to find out the optimal shape of U-type bellows using the finite element analysis. The design factors, mountain height, length, thickness, and the number of convolutions are considered and the proper values are chosen for the simulation. The results shaw that as the number of convolutions reduces, the volume decreases while the stress increases. However, as the number of convolutions increases, the volume increases above the standard volume and the stress obviously increases. In addition, the effect of the thickness of bellows on the stress is very large. Both of the mass and stress are decreasing at a certain lower value region. Also, we investigated shape optimization with considering maximum stress distribution tendency.
Kim, Sun-Ho;Kwon, Hyuk-Hong;Park, Kyoung-Taik;Jung, Yong-Hun
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.4
s.97
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pp.57-63
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1999
A thin metal plate such as detent spring has the shape deformation due to the phenomenon of spring back after press machining and heat treatment process. This requires the correction of spring shape and force in final inspection process. To do correction of the shape deformation the impact force is manually applied to the bended part of detent spring after measuring the shape deformation and spring force. To develop the automatic spring force correction system, applied force of occurring plastic deformation must be derived from the experimental method. But frequent change of spring shape and material makes it difficult to accomplish the experimental method to be applied. This paper describes the analytical method for detent spring force correction system is to be substituted for the experimental method. FEM(Finite Element Method) is used to find the boundary value between elastic and plastic deformation in the analytical method. To confirm the validity of the analytical method, the result of two methods is compared each other at various applied force conditions. It shows that the simulation result of the analytical method is consistent with the result of the experimental method within the error bound ${\pm}$5%. The result of this paper is useful for development of the automatic spring correction system and reduction of the complicated and tedious processes involved in experimental method.
A rubber diaphragm is a critical element of accumulators. The material of a diaphragm is nitrile rubber so as to recover and adjust the large deformation under external pressure fluctuation. The performance of accumulators is influenced by the deformation behaviors of the diaphragm. A large deformation behavior of the diaphragm has been investigated using the commercial finite element program MARC K7.1. The several elastic moduli have been used in linear analysis and Ogden's coefficients have been used in non-linear analysis. As a result, it has been shown that the deformation behavior with a elastic modulus of $0.3 kg/mm^2$ is similar to the behavior of non-linear analysis. And, the modified diaphragm shape to reduce the stress concentration has been proposed.
This paper introduces an improved modal pushover analysis (IMPA) which can effectively evaluate the seismic response of multi-span continuous bridge structures on the basis of modal pushover analysis (MPA). Differently from previous modal pushover analyses which cause the numerical unstability because of the occurrence of reversed relation between the pushover load and displacement, the proposed method eliminates this numerical instability and, in advance the coupling effects induced from the direct application of modal decomposition by introducing an identical stiffness ratio for each dynamic mode at the post-yielding stage together with an approximate elastic deformation. In addition to these two introductions, the use of an effective seismic load, calculated from the modal spatial force and applied as the distributed load, makes it possible to predict the dynamic responses of all bridge structures through a simpler analysis procedure than those in conventional modal pushover analyses. Finally, in order to establish validity and applicability of the proposed method, correlation studies between a rigorous nonlinear time history analysis and the proposed method were conducted for multi-span continuous bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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