In this study, we establish hyper-elastic haptic feedback in a virtual environment using finite element analysis techniques and develop a Force Torque (FT) sensor utilization method for application in tele-operation environments. In general, regarding haptic feedback data, in a tele-operation environment, the user is provided with feedback according to the measured force data when the model is inserted through an FT sensor. Conversely, in a virtual environment, the press-fitting model can be expressed through the spring-damper system rather than an FT sensor to provide feedback. However, unlike rigid and the elastic bodies, the hyper-elastic body represented by a spring-damper system in a virtual environment is a simple impedance model using stiffness and damping coefficients; it is limited in terms of providing actual feedback. Thus, in this study, haptic feedback was implemented using the data obtained from POD-RBF analysis results during hyper-elastic press-fitting experiments. The haptic feedback mechanism developed in this study was verified by comparing the FT sensor feedback data measured and calculated through hyper-elastic press-fitting experiments with spring-damper feedback data. Subsequently, the POD-RBF analysis feedback was compared and evaluated against the feedback mechanism of each environment through the test subject, and the similarities between the POD-RBF analysis feedback and FT sensor data feedback were verified.
The stability of cable-stayed bridges is an important factor considered during design. In recent years, the novel spatial diamond-shaped bridge pylon has shown its advantages in various aspects, including the static response and the stability performance with the development of cable-stayed bridge towards long-span and heavy-load. Based on the energy approach, this paper presents a practical calculation method of the completed state stability of a cable-stayed bridge with two spatial diamond-shaped pylons. In the analysis, the possible transverse buckling of the girder, the top pylon column, and the mid pylon columns are considered simultaneously. The total potential energy of the spatial diamond-shaped pylon cable-stayed bridge is calculated. And based on the principle of stationary potential energy, the transverse buckling coefficients and corresponding buckling modes are obtained. Furthermore, an example is calculated using the design parameters of the Changtai Yangtze River Bridge, a 1176 m cable-stayed bridge under construction in China, to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method in practical engineering. The critical loads and the buckling modes derived by the proposed method are in good agreement with the results of the finite element method. Finally, cable-stayed bridges varying pylon and girder stiffness ratios and pylon geometric dimensions are calculated to discuss the applicability and advantages of the proposed method. And a further discussion on the degrees of the polynomial functions when assuming buckling modes are presented.
One of the most important parameters affecting nonlinearsoil-structure interaction, especially rocking foundation, is the vertical factor of safety (F.Sv). In this research, the effect of F.Sv on the behavior of rocking foundations was experimentally investigated. A set of slow, cyclic, horizontal loading tests was conducted on elastic SDOF structures with different shallow foundations. Vertical bearing capacity tests also were conducted to determine the F.Sv more precisely. Furthermore, 10% silt was mixed with the dry sand at a 5% moisture content to reach the minimum apparent cohesion. The results of the vertical bearing capacity tests showed that the bearing capacity coefficients (Nc and Nγ) were influenced by the scaling effect. The results of horizontal cyclic loading tests showed that the trend of increase in capacity was substantially related to the source of nonlinearity and it varied by changing F.Sv. Stiffness degradation was found to occur in the final cycles of loading. The results indicated that the moment capacity and damping ratio of the system in models with lower F.Sv values depended on soil specifications such cohesiveness or non-cohesiveness and were not just a function of F.Sv.
Baek, Doo San;Hwang, Sung Ho;Kim, Tae Ho;Lee, Jong Sung;Kim, Tae Young
Tribology and Lubricants
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v.38
no.2
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pp.53-62
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2022
This study presents experimental measurements of the rotordynamic performance of a motor-driven small turbocompressor supported by gas beam foil journal bearings (GBFJBs) and compares the test results with the predictions of a computational model. The experiments confirmed that the rotational synchronous frequency component dominates the behavior of the overall rotor vibrations, whereas the nonsynchronous components are insignificant, indicating the rotor-bearing system remains stable up to 100 krpm. The undamped natural frequency and imbalanced response of the rotor-bearing system are predicted when integrating the finite element model of the rotor-bearing system with the predictions of the bearing dynamic coefficients. The results are in good agreement with the experimental results. In addition, base excitation test results show that the small turbocompressor can endure large external forces and demonstrate limited rotor amplitudes. A simple single degreeof-freedom rotor model using the nonlinear stiffness of the GBFJBs can effectively predict the test results.
Some researchers pointed out that the nonlocal cantilever models do not predict the dynamic softening behavior for nanostructures (including nanobeams) with clamped-free (CF) ends. In contrast, some indicate that the nonlocal cantilever models can capture the stiffness softening characteristics. There are substantial differences on this issue between them. The vibration analysis of porosity-dependent functionally graded nanoscale tubes with variable boundary conditions is investigated in this study. Using a modified power-law model, the tube's porosity-dependent material coefficients are graded in the radial direction. The theory of nonlocal strain gradients is used. Hamilton's principle is used to derive the size-dependent governing equations for simply-supported (S), clamped (C) and clamped-simply supported (CS). Following the solution of these equations by the extended differential quadrature technique, the effect of various factors on vibration issues was investigated further. It can be shown that these factors have a considerable effect on the vibration characteristics. It also can be found that our numerical results can capture the unexpected softening phenomena for cantilever tubes.
With the recent issuance of a dynamic side impact test regulation in the Federal Motor Vehicle Safety Standard in the United States of America, many aspects of occupant protection in side impact crashes have been under investigation. Many investigations of real world accidents, crash test results and simulation studies have established that in side impact crashes of passenger cars, thoracic and pelvic injuries of occupant are, large part, caused by occupants' impact against the interior side of the vehicle, primarily the door. This paper is concerned with the development of a lumped mass computer model, which simulates the interaction of a struck car door and an adjacent seated occupant in side impacr, based CTP code which has been successfully used in vehicle and occupant simulation. New model developments include elimination of influence of vehicle side structure stiffness in the occupant injury responses. The model was used to investigated the effect of various door padding characteristics on occupant responses to improve vehicle safety performance. The evaluation of different crush properties of door padding have also focused to understand of behavior of impacted occupant. Results from simulations, The effects of both material coefficients $C_{f}$ and p were illustrated in terms of occupant injury criteria TTI and pelvis.
In this study, a closed-form analysis has been developed for the transverse shear behavior of thin-walled composite beams with closed cross-sections. The shear flow distributions and cross-section stiffness coefficients are derived analytically by using a mixed beam approach. The theory has been applied to single-celled composite box-beams with elastic couplings. The location of the shear center and the effect of transverse shear deformation on the static behavior of composite beams are investigated in the framework of the analysis. The present results are validated against those of a two-dimensional finite element analysis and a good correlation has been obtained for box-beam cases considered in this study.
The main goal of this article is to develop the finite element formulation based on the nonlocal strain gradient and the refined higher-order deformation theory employing a new function f(z) to investigate the static bending and free vibration of functionally graded porous (FGP) nanobeams. The proposed model considers the simultaneous effects of two parameters: nonlocal and strain gradient coefficients. The nanobeam is made by FGP material that exists in un-even and logarithmic-uneven distribution. The governing equation of the nanobeam is established based on Hamilton's principle. The authors use a 2-node beam element, each node with 8 degrees of freedom (DOFs) approximated by the C1 and C2 continuous Hermit functions to obtain the elemental stiffness matrix and mass matrix. The accuracy of the proposed model is tested by comparison with the results of reputable published works. From here, the influences of the parameters: nonlocal elasticity, strain gradient, porosity, and boundary conditions are studied.
This paper studies the static stability of an axially graded column with the power-law gradient varying along the axial direction. For a nonhomogeneous column with one end linked to a rotational spring and loaded by a compressive force, respectively, an Euler problem is analyzed by solving a boundary value problem of an ordinary differential equation with varying coefficients. Buckling loads through the characteristic equation with the aid of the Bessel functions are exactly given. An alternative way to approximately determine buckling loads through the integral equation method is also presented. By comparing approximate buckling loads with the exact ones, the approximate solution is simple in form and enough accurate for varying power-law gradients. The influences of the gradient index and the rotational spring stiffness on the critical forces are elucidated. The critical force and mode shapes at buckling are presented in graph. The critical force given here may be used as a benchmark to check the accuracy and effectiveness of numerical solutions. The approximate solution provides a feasible approach to calculating the buckling loads and to assessing the loss of stability of columns in engineering.
The Iksan Jurassic Granite shows relatively less fractures and homogeneous rock fabrics, and is one of the most popular stone materials for architectures and sculptures. Almost mutually perpendicular rift, grain, and halfway in the Iksan Jurassic Granite are well known to quarrymen based on its splitting directions, and therefore it should exhibit orthorhombic symmetry. Theoretically, there are 9 independent elastic stiffness coefficients $(C_{1111},\;C_{2222},\;C_{3333},\;C_{2323},\;C_{1313},\;C_{1212},\;C_{1122},\;C_{2233},\;and\;C_{1133})$ for orthorhombic anisotropy. In order to characterize the static and dynamic elastic properties of the Iksan Jurassic Granite, triaxial strains under uniaxial compressive stresses and ultrasonic velocities of elastic waves in three different polarizations are measured. Both experiments are carried out with six directional core samples from massive rock body. Using the results of experiments and the densities measured independently, the static and dynamic elastic coefficients are computed by simple mathematical manipulation derived from the governing equations for general anisotropic media. The static elastic coefficients increase ar uniaxial compressive stress rises. Among those, the static elastic coefficients at uniaxial compressive stress of a 24.5 MPa appear to be similar to the dynamic elastic coefficients under ambient condition. Although some deviations are observed, the preferred orientations of microcracks appear to be parallel or subparallel to the rift, the grain, and the hardway from microscopic observation of thin sections. This indicates that the preferred orientations of microcracks cause the elastic anisotropy of the Iksan Jurassic Granite. The results are to be applied to the effective use of the Iksan Jurassic Granite as stone materials, and can be used for the non-destructive safety test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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