This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.449-450
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2006
Development of a feed drive system with high speed, positioning accuracy and thrust has been an important issue in modern automation systems and machine tools. Linear motors can be used as an efficient system to achieve such technical demands. By eliminating mechanical transmission mechanisms such as ball screw or rack-pinion, much higher speeds and greater acceleration can be achieved without backlash or excessive friction. However, an important disadvantage of linear motor system is its high power loss and heating up of motor and neighboring machine components on operation. For the application of the linear motors to precision machine tools an effective cooling method and thermal optimizing measures are required. In this paper presents an investigation into a thermal behavior of linear motor cooling plate. FVM employed to analyze the thermal behavior of the linear motor cooling plate, using the ANSYS-CFX.
In automotive disc brake systems, frictional heat is not uniformly dispersed for reasons such as heat flux and thermal deformation. The thermoelastic deformation due to the frictional heat affects the contact pressure distribution and the contact load may be concentrated on the contact portion on the the disc brake surface, resulting in thermoelastic instability. In this study, thermal analysis and thermal deformation analysis considering the contact between disk and pad occurred during braking through 3D axial symmetry model with reference to the experimental equation and Kao's analysis method of contact pressure of disk and pad. ANSYS is used to analyze the thermal and elastic instability problems occurring at the contact surface between the disk and the pad, considering both the thermal and mechanical loads. A 3D axisymmetric model with direct contact between the disk and the pad was constructed to more accurately observe the thermal behavior of the disk by observing the frictional surface temperature, thermal deformation and contact thermal stress of the disk.
Based on the super elastic properties of the shape memory alloy (SMA) and the inverse piezoelectric effect of piezoelectric (PZT) ceramics, a kind of hybrid semi-active control device was designed and made, its mechanical properties test was done under different frequency and different voltage. The local search ability of genetic algorithm is poor, which would fall into the defect of prematurity easily. A kind of adaptive immune memory cloning algorithm(AIMCA) was proposed based on the simulation of clone selection and immune memory process. It can adjust the mutation probability and clone scale adaptively through the way of introducing memory cell and antibody incentive degrees. And performance indicator based on the modal controllable degree was taken as antigen-antibody affinity function, the optimization analysis of damper layout in a space truss structure was done. The structural seismic response was analyzed by applying the neural network prediction model and T-S fuzzy logic. Results show that SMA and PZT friction composite damper has a good energy dissipation capacity and stable performance, the bigger voltage, the better energy dissipation ability. Compared with genetic algorithm, the adaptive immune memory clone algorithm overcomes the problem of prematurity effectively. Besides, it has stronger global searching ability, better population diversity and faster convergence speed, makes the damper has a better arrangement position in structural dampers optimization leading to the better damping effect.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.158-161
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2003
Recently, the evolution in production techniques (e.g. high-speed milling), the complex shapes involved in modem production design, and the ever increasing pressure for higher productivity demand a drastic improvement of the dynamic behavior of the machine tool axes used in production machinery. And also machine tools of multi functional and minimized parts are increasingly required as demand of higher accurate in some fields such as electronic and optical components etc. The accuracy and the productivity of machined parts are natural to depend on the linear system of machine tools. The complex workpiece surfaces encountered in present-day products and generated by CAD systems are to be transformed into tool paths for machine tools. The more complex these tool paths and the higher the speed requirements, the higher the acceleration requirements are needed to the machine tool axes and the motion control system, and the more difficult it is to meet the requirements. The traditional indirect drive design for high speed machine tools, which consists of a rotary motor with a ball-screw transmission to the slide, is limited in speed, acceleration, and accuracy. The direct drive design of machine tool axes. which is based on linear motors and which recently appeared on the market. is a viable candidate to meet the ever increasing demands, because of these advantages such as no backlash, less friction, no mechanical limitations on acceleration and velocity and mechanical simplicity. Therefore performance tests were carried out to machine tool axes based on linear motor. Especially, dynamic characteristics were investigated through circular test.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.23
no.6
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pp.511-518
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2013
To implement an automatic picking system (APS) in distribution center with high precision and high dynamics, this paper presents a design of a linear induction motor (LIM) drive and robust position controller based on integral variable structure control (IVSC) scheme. The force disturbance as well as the mechanical parameter variation such as the mass and friction coefficient gives a direct influence on the position control performance of APS. To guarantee a robust control performance in the presence of such uncertainty, a robust position controller is designed. A Simulink library is developed for the LIM model from the state equation. Through this model and comparative simulation based on Matlab - Simulink, it is proved that the proposed scheme has a robust control nature and is most suitable for APS.
Objective: The purpose of this study was to investigate the static (SFF) and kinetic frictional forces (KFF) in sliding mechanics of hybrid bracket systems that involve placing a conventional bracket (CB) or active self-ligating bracket (ASLB) on the maxillary anterior teeth (MXAT) and a passive SLB (PSLB) on the maxillary posterior teeth (MXPT). Methods: The samples consisted of two thoroughbred types (group 1, anterior-CB + posterior-CB; group 2, anterior-ASLB + posterior-ASLB) and four hybrid types (group 3, anterior-CB + posterior-PSLB-type 1; group 4, anterior-CB + posterior-PSLB-type 2; group 5, anterior-ASLB + posterior-PSLB-type 1; group 6, anterior-ASLB + posterior-PSLB-type 2) (n = 13 per group). After maxillary dentition alignment and maxillary first premolars removal in the stereolithographically-made typodont system, a $0.019{\times}0.025$-inch stainless steel wire was drawn through the right quadrant of the maxillary arch at 0.5 mm/min for 5 min. The SFF and KFF were measured with a mechanical testing machine and statistical analyses were performed. Results: Four different categories of SFF and KFF were observed among all groups (all p < 0.001). Group 1 demonstrated the highest SFF and KFF; groups 4 and 3 were second and third highest, respectively. The fourth category included groups 2, 5, and 6. Placing PSLBs on the MXPT resulted in significant SFF and KFF reductions in cases with CBs on the MXAT, but not in cases with ASLBs on the MXAT. Conclusions: These data might aid in the development of a hybrid bracket system that enables low-friction sliding of an archwire through the MXPT.
Soares, Alexandre K.;Covas, Didia I.C.;Ramos, Helena M.;Reis, Luisa Fernanda R.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.269-277
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2009
The current paper focuses on the analysis of transient cavitating flow in pressurised polyethylene pipes, which are characterized by viscoelastic rheological behaviour. A hydraulic transient solver that describes fluid transients in plastic pipes has been developed. This solver incorporates the description of dynamic effects related to the energy dissipation (unsteady friction), the rheological mechanical behaviour of the viscoelastic pipe and the cavitating pipe flow. The Discrete Vapour Cavity Model (DVCM) and the Discrete Gas Cavity Model (DGCM) have been used to describe transient cavitating flow. Such models assume that discrete air cavities are formed in fixed sections of the pipeline and consider a constant wave speed in pipe reaches between these cavities. The cavity dimension (and pressure) is allowed to grow and collapse according to the mass conservation principle. An extensive experimental programme has been carried out in an experimental set-up composed of high-density polyethylene (HDPE) pipes, assembled at Instituto Superior T$\acute{e}$cnico of Lisbon, Portugal. The experimental facility is composed of a single pipeline with a total length of 203 m and inner diameter of 44 mm. The creep function of HDPE pipes was determined by using an inverse model based on transient pressure data collected during experimental runs without cavitating flow. Transient tests were carried out by the fast closure of the ball valves located at downstream end of the pipeline for the non-cavitating flow and at upstream for the cavitating flow. Once the rheological behaviour of HDPE pipes were known, computational simulations have been run in order to describe the hydraulic behaviour of the system for the cavitating pipe flow. The calibrated transient solver is capable of accurately describing the attenuation, dispersion and shape of observed transient pressures. The effects related to the viscoelasticity of HDPE pipes and to the occurrence of vapour pressures during the transient event are discussed.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.25
no.1
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pp.7-14
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2015
To implement an automatic picking system (APS) in distribution center with high precision and high dynamics, this paper presents a high gain observer-based robust speed controller design for a linear induction motor (LIM) drive. The force disturbance as well as the mechanical parameter variations such as the mass and friction coefficient gives a direct influence on the speed control performance of APS. To guarantee a robust control performance, the system uncertainty caused by the force disturbance and mechanical parameter variations is estimated through a high gain disturbance observer and compensated by a feedforward manner. While a time-varying disturbance due to the mass variation can not be effectively compensated by using the conventional disturbance observer, the proposed scheme shows a robust performance in the presence of such uncertainty. A Simulink library has been developed for the LIM model from the state equation. Through comparative simulations based on Matlab - Simulink, it is proved that the proposed scheme has a robust control nature and is most suitable for APS.
Flow pattern of air-water two phase flow depends on the conditions of pressure drop, void fraction, and channel geometry. Drag reduction in the two phase flow can be applied to the transport of crude oil, phase change systems such as chemical reactor, pool and boiling flow, and to present cavitation which occurs in pump impellers. But the research on drag reduction in two phase flow is not intensively investigated. Therefore, experimental investigations have been carried out to analyze the drag reduction produced and void fraction by Co-polymer(A611p) addition in the two phase flow system. We find that the maximum point position of local void friction moves from the wall of the pipe to the center of the pipe when polymer concentration increases. Also we find that the polymer solution changes the characteristics of the two phase flow. And then we predict that it is closely related with the drag reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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