A method has been developed to tune the static stiffness at a rotation joint considering the whole machine tool system by interactive use of finite element method and experiment. This paper describes the procedure of this method and shows the results. The method uses the static experiment on measurement model which is set-up so that the effects of uncertain factors can be excluded. For FEM simulation, the rotation joint model is simplified using only spindle, bearing and spring. At the rotation joint, the damping coefficient is ignored, The spindle and bearing is connected by only spring. By static experiment, 500 N is forced to the front and behind portion of spindle and the deformation is measured by capacitive sensor. The deformation by FEM simulation is extracted with changing the static stiffness from the initial static stiffness considering only rotation joint. The tuning static stiffness is obtained by exploring the static stiffness directly trusting the deformation from the static experiment. Finally, the general tuning method of the static stiffness of machine tool joint is proposed using the force stream and the modal analysis of machine tool.
Objective: The human body is often modelled as a spring-mass system. Lower extremity stiffness has been considered to be one of key factor in the performance enhancement of running, jumping, and hopping involved sports activities. There are several different classification of lower extremity stiffness consisting of vertical stiffness, leg stiffness, joint stiffness, as well as muscle and tendon stiffness. The primary purpose of this paper was to review the literature and describe different stiffness models and discuss applications of stiffness models while engaging in sports activities. In addition, this paper provided a current update of the lower extremity literature as it investigates the relationships between lower extremity stiffness and both functional performance and injury. Summary: Because various methods for measuring lower extremity stiffness are existing, measurements should always be accompanied by a detailed description including type of stiffness, testing method and calculation method. Moreover, investigator should be cautious when comparing lower extremity stiffness from different methods. Some evidence highlights that optimal degree of lower extremity stiffness is required for successful athletic performance. However, the actual magnitude of stiffness required to optimize performance is relatively unexplored. Direct relationship between lower extremity stiffness and lower extremity injuries has not clearly been established yet. Overall, high stiffness is potentially associate risk factors of lower extremity injuries although some of the evidence is controversial. Prospective injures studies are necessary to confirm this relationship. Moreover, further biomechanical and physiological investigation is needed to identify the optimal regulation of the lower limb stiffness behavior and its impact on athletic performance and lower limb injuries.
본 연구에서는 판 스프링의 길이가 두께에 비하여 비교적 큰 것을 고려하여 판스프링의 기하학적 치수와 물성치들을 이용하여 판스프링의 강성과 조립된판 스프링 집합체의 강성을 예측할 수 있는 방법을 본 이론과 변형률 에너지이론을 적용하여 개 발하였고 그 개발된 방법으로 구한 강성예측치와 특성실험에서 얻은 강성치를 비교, 분석하여 판 스프링 강성해석 방법의 신뢰성을 보임과 동시에 독자적인 홀드다운스프 링 집합체의 특성해석 방법을 제시 하였다.
In order to execute efficiently the free vibration analysis of 2-dimensional structures like plate structures, the author developed the finite element-transfer stiffness coefficient method. This method is based on the combination of the modeling techniques in the FEM and the transfer technique of the stiffness coefficient in the transfer stiffness coefficient method. Numerical results of the simply supported and the elastic supported rectangular plates showed that the present method can be successfully applied to the free vibration analysis of plate structures on a personal computer. We confirmed that, in the case of analyzing the free vibration of rectangular plate structures, the present method is superior to the FEM from the viewpoint of computation time and storage.
In the famous equivalent elasticity modulus method proposed by Ernst for the geometrical nonlinear analysis of stay cables, the cable shape was assumed as a parabolic curve, and only a part of the gravity load normal to the chord was taken into account with the other part of gravity load parallel to the chord being ignored. Using the actual catenary curve and considering the entire gravity load of stay cables, the present study has derived the equivalent stiffness method to analyze the sag effect of stay cables in cable-stayed bridges. The derived equivalent stiffness can be degenerated into Ernst's equivalent elasticity modulus method with some approximations. Therefore, the Ernst's method is a special and approximate formulation of the present method. The derived equivalent stiffness provides a theoretical explanation for the famous Ernst's formula.
Negative stiffness dampers (NSDs) have been proven an efficient solution to vibration control of stay cables. Although previous studies usually assumed a linear negative stiffness behavior of NSDs, many negative stiffness devices produce negative stiffness with nonlinear behavior. This paper systematically evaluates the impact of nonlinearity in negative stiffness on vibration control performance for stay cables. A linearization method based on energy equivalent principle is proposed, and subsequently, the impact of two types of nonlinear stiffness, namely, displacement hardening and softening stiffness, is evaluated. Through the Hilbert transform (HT) of free vibration responses, the effects of nonlinear stiffness of an NSD on the modal frequencies, damping ratios and frequency response functions of a stay cable is also investigated. The HT analysis results validate the accuracy of the linearization method.
The component-based method is widely used to analyze the initial stiffness of joint in steel structures. In this study, an analytical component model for determining the column face stiffness of square or rectangular hollow section (SHS/RHS) subjected to tension was established, focusing on endplate connections. Equations for calculating the stiffness of the SHS/RHS column face in bending were derived through regression analysis using numerical results obtained from a finite element model database. Because the presence of bolt holes decreased the bending stiffness of the column face, this effect was calculated using a novel plate-spring-based model through numerical analysis. The developed component model was first applied to predict the bending stiffness of the SHS column face determined through tests. Furthermore, this model was incorporated into the component-based method with other effective components, e.g., bolts under tension, to determine the tensile stiffness of the T-stub connections, which connects the SHS column, and the initial rotational stiffness of the joints. A comparison between the model predictions, test data, and numerical results confirms that the proposed model shows satisfactory accuracy in evaluating the bending stiffness of SHS column faces.
Yi-Fan Lyu;Guo-Qiang Li;Ke Cao;Si-Yuan Zhai;De-Yang Kong;Xuan-Yi Xue;Heng Li
Steel and Composite Structures
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제48권3호
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pp.321-333
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2023
This paper proposes a comprehensive investigation on lateral stiffness of corner-supported steel modular frame using splice connection. A full-scale modular frame with two stacked steel modules under lateral load is tested. Ductile pattern in the transfer of lateral load is found in the final failure mode. Two types of lateral stiffness, including tangent stiffness and secant stiffness, are defined from the load-displacement due to the observed nonlinearity. The difference between these two types of stiffness is found around 20%. The comparisons between the experimental lateral stiffness and the predictions of classical methods are also conducted. The D-value method using hypothesis of independent case is a conservative option for predicting lateral stiffness, which is more recommended than method of contraflexural bending moment. Analyses on two classical short-rod models, including fix-rod model and pin-rod model, are further conducted. Results indicate that fix-rod model is more recommended than pin-rod model to simplify splice connection for simulation on lateral stiffness of modular frame in elastic design stage.
In this paper, we have revisited the estimation of the rotational stiffness of sidewall of radial tire and have suggested a new method for evaluation of the rotational stiffness. Since thicknesses, and volume fractions of the constituents of sidewall are varied depending on radial position, the equivalent shear modulus of the sidewall also depends on radial position. For the estimation of rotational stiffness of sidewall's rubber, we have divided its cross-section into sufficient numbers of small parts and have calculated the equivalent shear modulus of each part of sidewall. Using the shear moduli of divided parts, we have obtained the rotational stiffness by employing in-plane shear deformation theory. This method is expected to be a useful tool in tire design since it relates such basic variables to the global stillness of tire. Applying the calculation method to a radial tire of P205/60R15, we have compared its rotational stiffness with experimental one.
This paper proposes an optimal design method of a seismic reinforcement system for the seismic performance of adjacent asymmetric-stiffness structures with viscous dampers. The first method considers plan asymmetry for efficient seismic reinforcement, and evaluates the seismic performance of optimal design applied to two cases of modeling: adjacent stiffness-asymmetric structures and adjacent stiffness-symmetric structures. The second method considers the response of asymmetric structures to derive the optimal objective function, and evaluates seismic efficiency of the objective function applied to two cases of responses: horizontal displacement and torsion. Numerical analyses are conducted on 7- and 10-story structures with a uni-asymmetric-stiffness plan using six cases of historic earthquakes, normalized to 0.4g. The results indicate that the seismic performance is excellent as modeled by adjacent asymmetric-stiffness structures and how much horizontal displacement is applied as the objective function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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