This paper represents a ultra precision rotational device where the smooth impact drive mechanism(SIDM) is utilized as a driving mechanism. Linear motions of piezoelectric elements are converted to the rotational motion of disk by frictional forces generated between the rotational disk and the friction bars which are attached to the piezoelectric elements. This device was designed to drive a rotational disk using slip-slip motion mechanism based on stick-slip motion mechanism. Experimental results show that the angular velocity was increased in proportion to the magnitude of supplied voltage to piezoelectric element. In our device, the smooth rotational motion was obtained when the driving frequency has been reached to 500Hz under the driving voltage of 100V. The amount of step movement has been revealed to be $3.44{\times}10^{-4}$ radian.
Structures with additional frictional damping system have strong nonlinearity that the dynamic behavior is highly affected by the relative magnitude between frictional force and excitation load. In this study, normalized response spectra of the structures with non-dimensional friction force are obtained through nonlinear time history analyses of the mass-normalized single degree of freedom systems using 20 ground motion data recorded on rock site. The variation of the control performance of frictional damping system is investigated in terms of the dynamic load and the structural natural period, of which effects were not considered in the previous studies. Least square curve fitting equations are presented for describing those normalized response spectrum and optimal non-dimensional friction forces are obtained for controlling the peak displacement and absolute acceleration of the structure based on the derivative of the curve-fitted design spectrum.
Multivariate fluctuating pressures acting on a 2:1 rectangular section (2-D) with dimensions of 9 cm by 4.5 cm has been studied using wind tunnel experiments under uniform and smooth flow condition for various angles of wind incidence. Based on the variation of mean pressure coefficient distributions along the circumference of the rectangular section with angle of wind incidence, and with the aid of skin friction coefficients, three distinct flow regimes with two transition regimes have been identified. Further, variations of mean drag and lift coefficients, Strouhal number with angles of wind incidence have been studied. The applicability of Universal Strouhal number based on vortex street similarity of wakes in bluff bodies to the 2:1 rectangular section has been studied for different angles of wind incidence. The spatio-temporal correlation features of the measured pressure data have been studied using Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique. The contribution of individual POD modes to the aerodynamic force components, viz, drag and lift, have been studied. It has been demonstrated that individual POD modes can be associated to different physical phenomena, which contribute to the overall aerodynamic forces.
The power steering hose assembly is usually manufactured through the swaging process, which is conducted to connect a hose with metal fittings. In this process the hose is inserted into metal components, the sleeve and the nipple, and compressed in the radial direction by the jaws to clamp the hose with metal components. In case that the clamping force is small, the oil in the hose can leak locally under the severe operating conditions. To confirm the clamping force requirements, the measurement of separation force in longitudinal direction of the hose is usually performed. In this study, the swaging process of a hose is simulated with the finite element method, to investigate the effect of friction coefficient on the separation fDrce. The results interpretations are ffcused on the inner rubber component, and also a formula is proposed to estimate the separation farces with respect to friction coefficients.
Presented in this paper is the behaviour of asymmetric building isolated by the double variable frequency pendulum isolator (DVFPI). The DVFPI is an adoption of single variable frequency pendulum isolator (VFPI). The geometry and coefficient of friction of top and bottom sliding surfaces can be unequal. The governing equations of motion of the building-isolation system are derived and solved in incremental form. The analysis duly considers the interaction of frictional forces in the two principal directions developed at each sliding surface of the DVFPI. In order to investigate the behaviour of the base isolation using the DVFPI, the coupled lateral-torsional response is obtained under different parametric variations for a set of six far-fault earthquake ground motions and criterion to optimize its performance is proposed. Further, influences of the initial time period, coefficient of friction and frequency variation factors at the two sliding surfaces are investigated. The numerical results of the extensive parametric study help in understanding the torsional behaviour of the structure isolated with the double sliding surfaces as in the DVFPI. It is found that the performance of the DVFPI can be optimized by designing the top sliding surface initially softer and smoother relative to the bottom one.
Rockburst disasters pose serious threat to mining safety and underground excavation, especially in China, resulting in massive life-wealth loss and even compulsive closed-down of some coal mines. To investigate the mechanism of rockbursts that occur under a state of static forces, a stress model with sidewall as prototype was developed and verified by a group of laboratory experiments and numerical simulations. In this model, roadway sidewall was simplified as a square plate with axial compression and end (horizontal) restraints. The stress field was solved via the Airy stress function. To track the "closeness degree" of the stress state approaching the yield limit, an unbalanced force F was defined based on the Mohr-Coulomb yield criterion. The distribution of the unbalanced force in the plane model indicated that only the friction angle above a critical value could cause the first failure on the coal in the deeper of the sidewall, inducing the occurrence of rockbursts. The laboratory tests reproduced the rockburst process, which was similar to the prediction from the theoretical model, numerical simulation and some disaster scenes.
Surface texturing is a promising route to reduce the friction forces between two surfaces in sliding contact. To this end, the fabrication of micro dimples is one of the most widely used surface texturing methods. According to published results, textured surfaces with elliptical micro dimples offer the best friction performance. Therefore, we fabricated elliptical micro dimples on carbon steel (SM45C) by using dual frequency vibration assisted machining. High and low frequencies of 16.3 kHz and 230 Hz were applied to the 3D resonant elliptical vibrator. The 3D resonant elliptical vibrator with a triangular cubic boron nitride insert was assembled on a computer numerically controlled turning lathe. Oval micro dimples of various profiles were manufactured on carbon steel. In terms of the profile of the elliptical micro dimples, the experimental results indicated that the average micro dimple width and depth were 112 ㎛ and 7.7 ㎛. These dimensions are closely related to the cutting conditions and can be easily controlled.
A new lighting support structure composing of two-way wires and pulley, a pulley-type wireway system, was developed to improve the seismic performance of a ceiling type lighting equipment. This study verifies the seismic performance of the pulley-type wireway system using a numerical approach. A theoretical model fitted to the physical features of the newly-developed system was proposed, and it was utilized to compute a frictional coefficient between the wire and pulley sections under tension forces. The frictional coefficient was implemented to a finite element model representing the pulley-type wireway system. Using the numerical model, the seismic responses of the pulley-type wireway system were compared to those of the existing lighting support structure, a one-way wire system. The addition of the pulley component resulted in the increasement of energy absorption capacity as well as friction effect and showed in significant reduction in maximum displacement and oscillation after the peak responses. Thus, the newly-developed wireway system can minimize earthquake-induced vibration and damage on electric equipment.
Dam-break flows, a type of very shallow gravity-driven flow, are substantially influenced by resistance forces due to viscous friction and turbulence. Assuming turbulent flow, the main focus of this study is to validate the increase of drag forces caused by surface roughness and especially turbulence intensity. A Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) approach with the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model is used for this study, where the free surface motion is captured by using a volume of fluid(VOF) method. Surface roughness effects are considered through the law of the wall modified for roughness, while the initial turbulence intensity which determines the lowest level of turbulence in the flow domain of interest is used for the variation of turbulence intensity. It has been found that the numerical results at higher turbulence intensities show a reasonably good agreement with the physical aspects shown by two different dam-break experiments without and with the impact of water.
Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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