The purpose of this study is to develop improved boom structures with reliable fatigue strength of weldment and lower production cost. For that purpose, multi-body dynamic analysis was performed to evaluate forces acting on arm & boom cylinders and joints of boom structure during operation of an excavator for three working postures, then stress analysis was made to investigate stress distribution around diaphragms at the bottom plate of boom structures which was known to be susceptible to fatigue failures of welded joints, and finally boom structures with optimum arrangement of diaphragms was proposed. This work mainly consists of the following two parts: part 1 focuses on multi-body dynamic analysis of excavators during operation and part 2 includes evaluations of fatigue strength of welded joints for modified boom structures.
The purpose of this study is to develop improved boom structures with reliable fatigue strength of weldment and lower production cost. For that purpose, multibody dynamic analysis was performed to evaluate forces acting on arm & boom cylinders and joints of boom structure during operation of an excavator for three working postures, then stress analysis was made to investigate stress distribution around diaphragms at the bottom plate of boom structures which was known to be susceptible to fatigue failures of welded joints, and finally boom structure with optimum arrangement of diaphragms was proposed. This work basically consists of the following two parts: part 1 focuses on multibody dynamic analysis of excavators during operation and part 2 includes evaluations of fatigue strength of welded joints for modified boom structures.
The dynamic behavior of the deployment and folding process of a foldable boom based on the Miura origami pattern is investigated in this paper. Firstly, mechanical behavior of a single storey during the motion is studied numerically. Then the deployment and folding of a multi-storey boom is discussed. Moreover, the influence of the geometry parameters and the number of Miura-ori elements n on the dynamic behavior of the boom is also studied. Finally, the influence of the imperfection on the dynamic behavior is investigated. The results show that the angles between the diagonal folds and horizontal folds will have great effect on the strains during the motion. A bistable configuration can be obtained by choosing proper fold angles for a given multi-storey boom. The influence of the imperfection on the folding behavior of the foldable mast is significant.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1999.10a
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pp.419-424
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1999
In this paper, the comparison of the first order approximation schemes such as SLP (sequential linear programming), CONLIN(convex linearization), MMA(method of moving asymptotes) and the second order approximation scheme, SQP(sequential quadratic programming) was accomplished for optimization of and nonlinear structures. It was found that MMA and SQP(sequential quadratic programming) was accomplished for optimization of and nonlinear structures. It was found that MMA and SQP are the most efficient methods for optimization. But the number of function call of SQP is much more than that of MMA. Therefore, when it is considered with the expense of computation, MMA is more efficient than SQP. In order to examine the efficiency of MMA for complex optimization problem, it was applied to the helicopter tail boom considering column buckling and local wall buckling constraints. It is concluded that MMA can be a very efficient approximation scheme from simple problems to complex problems.
This paper studied the mechanical characteristics of boom structures by verifying the modeling method of representing unit cells of triaxial woven fabric (TWF) composites. The modeling of the representative unit cell obtained the ABD matrix by analysing the behaviour of tensile, shear, bending, and torsion using the periodic boundary conditions for the beam element. This study aimed to validate the ABD matrix by comparing the tensile analysis output from a finite element program with the experimental results from an MTS 810 machine. Additionally, the mechanical characteristics of a TWF composite boom structure were determined through bending analysis and experiments. The findings of this research are expected to be beneficial for developing structures using TWF composites.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.46
no.spc
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pp.61-67
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2023
Special equipment used for snow removal is only used in the winter and must be moved into storage during non-winter seasons. However, when moving heavy equipment using a forklift within a limited space, safety accidents may occur due to deformation and damage due to the worker's limited visibility and excessive loading of heavy objects. In this study, the scissors boom of the developed heavy load transporter was conducted in two cases: link structural analysis and position-based structural analysis. In detail, the link structural analysis covers four cases of stress and safety factor according to material and thickness to optimize the specifications of the material selected during development, and the structural analysis according to position covers two cases before and after the lift, when maximum stress concentration is achieved. Safety was evaluated through finite element analysis. As a result of the study, when manufacturing a scissors boom type heavy load transporter that can withstand a load of 10 tons, the link showed safety at SS400 4.5mm or higher, and reinforcement is needed in the upper and lower structures, so it is judged to be useful in applying materials according to the load.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.6
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pp.901-907
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2013
The development of high-rise firefighting vehicles warrants thorough structural analysis for ensuring vehicle stability. A few structural analyses were carried out using CAD data, material properties, load conditions, and boundary conditions for evaluating the structural stability of an overloaded multi-aerial platform for firefighting and rescue. Structural analysis was performed with an analytical model consisting of a turntable, six booms, two jib booms, and a basket structure. This model was operated in eight modes. All simulation was performed using NASTRAN, a commercial code. As a result, we confirm that the position of local stress exceeds that of the yield strength. Therefore, stress concentration relaxation is possible by introducing reinforcing boom structures, changing the shape, or imparting a larger moment of inertia to the booms' cross sections.
The thermoelastic behaviors of an inflatable fabric membrane structure for use in a stratospheric airship envelope are experimentally and numerically investigated. Mechanical tensile properties of the membrane material at room, high, and low temperatures are measured using an $Instron^{(R)}$ universal testing machine and an $Instron^{(R)}$ thermal chamber. To characterize the nonlinear behavior of the inflated membrane structure due to wrinkling, the bending behavior of an inflated cylindrical boom made of a fabric membrane is observed at various pressure levels. Moreover, the envelope of a stratospheric airship is numerically modeled based on the thermoelastic properties of the fabric membrane obtained from experimental data, and the wrinkled deformed shape induced by a thermal load is analyzed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.1
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pp.33-40
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2013
Since most of yacht sails are made of thin fabric, they form cambered sail shape that can efficiently generate lift power by aerodynamic interaction and by external force delivered from supporting structures such as mast and boom. When the incident flow and external force alter in terms of volume or condition, the shape of sail also change. This deformation in shape has impact on the peripheral flow and aerodynamic interaction of the sail, and thus it is related to the deformation of the sail in shape again. Therefore, the precise optimization of aerodynamic performance of sail requires fluid-structure interaction (FSI) analysis. In this study, the simplified sail without camber was under experiment for one-way FSI that uses the result of flow analysis to the structural analysis as load condition in an attempt to fluid-structure interaction phenomenon. To confirm the validity of the analytical methods and the reliability of numerical computation, the difference in deformation by the number of finite element was compared. This study reproduced the boundary conditions that sail could have by rigs such as mast and boom and looked into the deformation of sail. Sail has non-linear deformation such as wrinkles because it is made of a thin fabric material. Thus non-linear structural analysis was conducted and the results were compared with those of analysis on elastic material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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