A bearing is a mechanical component that transmits rotation and supports loads. According to the type of rotating mechanism, bearings are categorized into ball bearings and tapered roller bearings. Tapered roller bearings have higher load-bearing capabilities than ball bearings. They are used in applications where high loads need to be supported, such as wheel bearings for commercial vehicles and trucks, aircraft and high-speed trains, and heavy-duty spindles for heavy machinery. In recent times, the demand for reducing the driving friction torque in automobiles has been increasing owing to the CO2 emission regulations and fuel efficiency requirements. Accordingly, the research on the driving friction torque of bearings has become more essential. Researchers have conducted various studies on the lubrication, friction, and contact in tapered roller bearings. Although researchers have conducted numerous studies on the friction in the lips and on roller misalignment and skew, studies considering the influence of roller shape, specifically roller shape errors including lips, are few. This study investigates the driving friction torque of tapered roller bearings considering roller geometric uncertainties. Initially, the study calculates the driving friction torque of tapered roller bearings when subjected to axial loads and compares it with experimental results. Additionally, it performs Monte Carlo simulations to evaluate the influence of roller geometric uncertainties (i.e., the effects of roller geometric deviations) on the driving friction torque of the bearings. It then analyzes the results of these simulations.
According to the capacity design concept which forms the basis of the current steel seismic codes, the braces in concentrically braced frames (CBFs) should dissipate seismic energy through cyclic tension yielding and cyclic compression buckling while the beams and the columns should remain elastic. Brace buckling in inverted V-braced frames induces unbalanced vertical forces which, in turn, impose the additional beam moments and column axial forces. However, due to difficulty in predicting the location of buckling stories, the most conservative approach implied in the design code is to estimate the column axial forces by adding all the unbalanced vertical forces in the upper stories. One alternative approach, less conservative and recommended by the current code, is to estimate the column axial forces based on the amplified seismic load expected at the mechanism-level response. Both are either too conservative or lacking technical foundation. In this paper, three combination rules for a rational estimation of the column axial forces were proposed. The idea central to the three methods is to detect the stories of high buckling potential based on pushover analysis and dynamic behavior. The unbalanced vertical forces in the stories detected as high buckling potential are summed in a linear manner while those in other stories are combined by following the SRSS(square root of sum of squares) rule. The accuracy and design advantage of the three methods were validated by comparing extensive inelastic dynamic analysis results. The mode-shape based method(MSBM), which is both simple and accurate, is recommended as the method of choice for practicing engineers among the three.
Kim, Gyu-Yong;Kim, Young-Sun;Lee, Tae-Gyu;Park, Chan-Kyu;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.5
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pp.583-592
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2008
Recently, the effects of high temperature on compressive strength, elastic modulus and strain at peak stress of high strength concrete were experimentally investigated. The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to 700 on the material mechanical properties of high strength concrete of 40, 60, 80 MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. And another specimens are loaded to failure after 24 hour cooling time. Tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of compressive strength and elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen and the axial strain at peak stress were influenced by the load before heating. Thermal strain of concrete at high temperature was affected by the preload level as well as the compressive strength. Finally, model equation for compressive strength and elastic modulus of heated high strength concrete proposed by result of this study.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.2
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pp.105-115
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2010
Recently, High-rise building are irregular-shaped to be city landmarks and function as vertical cities to enable the efficient use of land. 3T (Twisted, Tilted & Tapered) designs are being suggested for irregular buildings and studies to develop new structural system have been actively made to satisfy slender shape ratio. In diagrid system, not only gravity load but also lateral load is delivered based on the triangular shape of diagrid, so most of columns are eliminated. Because shearing force is delivered by the axial behavior (tensile/compressive) of diagrid to minimize shearing deformation, the system is more applicable to irregular buildings than existing system where shearing force is delivered by the columns. In this study, the process of selecting connection details and the structural safety of the selected details are verified using the finite element analysis with focus given to the construction overview of the Cyclone Tower. However, the relersed methods of stress concentration are suggested and the performance of stress concentration relieves that it's suggested for the appropriate cap plate thickness and extended length.
Reliability in tunnel analysis is necessary to accomplish technically sound design and economical construction. For this, a thorough understanding of the construction procedure including the ground-support interaction has to be obtained. This paper describes a proper modelling technique to simulate the behavior of the steel fiber reinforced shotcrete (SFRS) which maintain the supporting capability in post-failure regime. The additional supporting effect of the steel support was also verified by 3-D analyses and a new load distribution factor were proposed. The use of the plastic moment limit (PML) alone can eliminate the occurrence of the awkwardly high tensile stress in the shotcrete and can successfully model the post-peak ductile behavior of the SFRS. But with this method, moment is limited whenever the stress caused by moment reaches tensile strength of the shotcrete irrespective of the stress by axial force. Therefore, it was necessary to find a more comprehensive method which can reflect the influence of the moment and axial force. This can be accomplished by the proper use of "liner element" which is the built-in model in FLAC. In this model, the peak and residual strength as well as the uniaxial compressive strength of the SFRS can be specified. Analyses were conducted with these two models on the 2-lane road tunnels excavated in class IV and V rock mass and results were compared with the conventional elastic beam model. Results showed that both models can reflect the fracture toughness of the SFRS which could not be accomplished by the elastic beam model.
Chang, Jin Won;Kim, Seung Jun;Park, Jong Sup;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.4
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pp.367-381
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2007
A transmission tower was designed using the structural methodology to assume a simple truss behavior. However, there is a big difference between a simple truss behavior and a real one. A suitable explanation of structural stability is that it is a semi-rigid connection and not the assumed hinged connection. This study proposes an alternative structural-analysis modeling strategy for the transmission tower design. The element models that were considered were the truss element model, the beam element model, and the combined beam-truss element model. This study includes linear static analysis, free-vibration analysis, and elastic buckling analysis with respect to the design load. The results of the analysis indicate that the axial forces, axial stresses, and maximum displacements of the three analytical models are very similar. However, the bending moments and stresses of the beam element model and of the combined beam-truss element model are significantly high. The results of the free-vibration and elastic buckling analyses show that the beam-truss model can be conservatively used for the transmission tower design.
Ahn, Seung Ho;Jung, Hyun Seung;Kim, Jin Sung;Son, Seung Wan
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.128-135
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2021
Thin-walled tubes have been widely used as energy absorbing devices because they are light and have high energy-absorption efficiency. However, the downside is that conventional thin-walled tubes usually exhibit an excessive initial peak crushing force (IPCF) and a large fluctuation in the load-displacement curve, and thus lack stability as energy absorbing devices. Corrugated tubes were introduced to reduce IPCF and to increase the stability of collision energy-absorbing devices. Since the performance of corrugated tubes is highly influence by geometry, design optimization methods can be utilized to optimize the performance of corrugated tubes. In this paper, we utilize shape design optimization based on an adaptive surrogate model for crashworthiness analysis. The amplitude and wavelength of the corrugation, as well as curvature changes in the features, are the design variables. A morphing methodology is adopted to perform shape design parameterization. Through numerical examples, we compare optimal design results based on the adaptive surrogate model, with optimal results based on conventional surrogate models, and we show that direct optimal design methods produce more efficient results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.861-872
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2008
Concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes are often used for marine structures with the benefit of good durability and high resistance against corrosion under severe chemical environment. Current research presents results of a comprehensive experimental investigation on the behavior of axially loaded circular concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes. This paper is intended to examine several aspects related to the usage of glass fiber fabrics and filament wound layers used for outer shell of piles subjected to axial compression. The objectives of the study are as follows: (1) to evaluate the effectiveness of filament winding angle of glass fiber layers (2) to evaluate the effect of number of GFRP layers on the ultimate load and ductility of confined concrete (3) to evaluate the effect of loading condition of specimens on the effectiveness of confinement and failure characteristics as well, and (4) to propose a analytical model which describes the stress-strain behavior of the confined concrete. Three different types of glass fiber layers were chosen; fabric layer, ${\pm}45^{\circ}$ filament winding layer, and ${\pm}85^{\circ}$ filament winding layer. They were put together or used independently in the fabrication of tubes. Specimens that have various L:D ratios and different diameters have also been tested. Totally 27 GFRP tube specimens to investigate the tension capacity, and 66 concrete-filled GFRP tube specimens for compression test were prepared and tested. The behavior of the specimens in the axial and transverse directions, failure types were investigated. Analytical model and parameters were suggested to describe the stress-strain behavior of concrete under confinement.
In geological media with anisotropic properties, the strength anisotropy in intact rock is the most important issue in engineering aspects. Point-ioad(P/L) strength test designed to estimate the uniaxial compressive strength(${\sigma}_c$) can be used to evaluate the anisotropic strength characteristics of rocks. The relationship between ${\sigma}_c$ and P/L strength indices(I$_s$), obtained from the banded gneisses distributed in the Cheongyang area, varies depend mainly on the dip angle($\beta$) of foliation. The axial P/L strength indicies(I$_{sa}$) decreases with the increment of $\beta$, whereas diametral P/L strength indices(I$_{sa}$) increase with it. However, the ${\sigma}_c$ decreases with the increments of $\beta$ below about 40$^{\circ}$, but it increases with the increments of $\beta$ over about 40$^{\circ}$ in general. The correlation between ${\sigma}_c$ and I$_s$ suggests that ${\sigma}_c$ is related to the Isa withing low angle($\beta$<40$^{\circ}$) and the I$_{sd}$ within high angle ($\beta$>40$^{\circ}$), respectively. The ratios of I$_s$ to ${\sigma}_c$ are obtained as 11 to 14 in the the gneisses in the study area. The ratio of 24, which is generally adopted value, cannot always be truthworth to the gneisses in the study area. The ratio for the dykes, however, show a good correlation as 21 to 24.5 and, the value of 24 can be used for a homogeneous and isotropic materials such as dykes.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.7
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pp.635-642
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2014
The large volume multi-tasking vertical lathe was developed for machining the bearing parts for a wind power generator. Although the machined part is large in size high precision tolerances are required recently. One of the most important components to achieve this mission is the rotating table which holds and supports the part to be machined. The oil hydrostatic bearing is adopted for the thrust bearing and the rolling bearing for the radial bearing. In this article experimental performance evaluation and its analysis results are presented. The rotational accuracy of the table is assessed and the frequency domain analysis for the structural loop is performed. And in order to evaluate the structural characteristic of table the moment load experiment is performed. The rotational error motion is measured as below 10 ${\mu}m$ for the radial and axial direction and 22,800 Nm/arcsec of moment stiffness is achieved for the rotary table.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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