The dynamic performance of air foil bearings relies on a coupling between a thin air film and an elastic foil structure. A number of successful analytical techniques to predict dynamic performance have been developed. However, the evaluation of its dynamic characteristic is still not enough because of the mechanical complexity of the foil structure and strong nonlinear behavior of friction force. This work presents a nonlinear transient analysis method to predict dynamic performance of foil bearings. In this method, time dependent Reynolds equation is used to calculate pressure distribution and a finite element method is used to model the bump foil structure. The analysis is treated with a direct implicit integration technique that can handle nonlinear problems and the stick-slip algorithm is used to consider friction force. Using this method the response to the mass unbalance excitation is investigated for various design parameters and operating conditions. The results of analysis show that foil bearing is very effective on the restriction of vibration at the resonance frequency compared to the rigid surface bearings and the effectiveness depends on the operating conditions, static load and a amount of mass unbalance. In addition, there exist optimum values of friction coefficient, bump foil stiffness and number of circumferential slit with regards to minimizing dynamic response at the resonance frequency. These optimum values are system dependent.
Since the failure behavior of transversely isotropic rocks is significantly different from that of isotropic rocks, it is necessary to develop a transversely isotropic rock failure function in order to evaluate the stability of rock structures constructed in transversely isotropic rock masses. In this study, a spatial distribution function for strength parameters of transversely isotropic rocks is proposed, which is based on the Cassini oval curve proposed by 17th century astronomer Giovanni Domenico Cassini to model the orbit of the Sun around the Earth. The proposed distribution function consists of two model parameters which could be identified through triaxial compression tests on transversely isotropic rock samples. The original Mohr-Coulomb (M-C) failure function is extended to a three-dimensional transversely isotropic M-C failure function by employing the proposed strength parameter distribution function for the spatial distributions of the friction angle and cohesion. In order to verify the suitability of the transversely isotropic M-C failure function, both the conventional triaxial compression and true triaxial compression tests of transversely isotropic rock samples are simulated. The predicted results from the numerical experiments are consistent with the failure behavior of transversely isotropic rocks observed in the actual laboratory tests. In addition, the simulated result of true triaxial compression tests hints that the dependence of rock strength on intermediate principal stress may be closely related to the distribution of the microstructures included in the rock samples.
Picon-Rodriguez, Ricardo;Quintero-Febres, Carlos;Florez-Lopez, Julio
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.5
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pp.569-589
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2007
This paper presents an analytical model for RC beam-column connections that takes into account bond deterioration between reinforcing steel and concrete. The model is based on the Lumped Damage Mechanics (LDM) theory which allows for the characterization of cracking, degradation and yielding, and is extended in this paper by the inclusion of the slip effect as observed in those connections. Slip is assumed to be lumped at inelastic hinges. Thus, the concept of "slip hinge", based on the Coulomb friction plasticity theory, is formulated. The influence of cracking on the slip behavior is taken into account by using two concepts of LDM: the effective moment on an inelastic hinge and the strain equivalence hypothesis. The model is particularly suitable for wide beam-column connections for which bond deterioration dominates the hysteretic response. The model was evaluated by the numerical simulation of five tests reported in the literature. It is found that the model reproduces closely the observed behavior.
An analytical solution procedure is described to estimate the developed passive lateral earth Pressures behind a vertical rigid retaintng wall rotating about its toe into a mass of cohesionless soil. Various stases of wall rotation, starting from an at-rest state to an initial Passive state to a full Passive state, are considered in the analysis. Condition of failure defined by a modified Mohr-coulomb criterion, together with equilibrium conditions, is used to obtain the necessary equations for the solution. Using methods of stress characteristics and numerical finite difference, a complete solution within and on the boundaries of the entire solution domain is made possible. The variations of the soil shear strength and the wall friction at various depths and stages of wall rotation are also taken into account in the analysis. The results predicted by the developed method of analysis are compared with those obtained from the experimental model tests on loose and dense sand. The comparisons show good agreements at various stages of retaining wall rotation Fin- ally, results of analytical parametric study are presented to demonstrate the effects of wall fric- tion on the resultant thrust and distribution of developed lateral earth pressures.
Stabilized tracking platform in a missile consisting of a flat planar antenna, pitch/yaw gimbals, gear trains, and current controlled DC drive motors for pitch and yaw gimbal must have a capability to track a target as an inertial sensor in the presence of missile body motion such as maneuvering and vibration. Because of this reason, tracking a target from dynamic platform requires a servo architecture that includes a outer tracking loop(position loop) and inner rate loop that stabilizes the line of sight(LOS). This paper presents a gimbaled platform model including nonlinear phenomena due to viscous and Coulomb friction based on experimental data and torque equilibrium equation, the design concept for the inner tacholoop having P controller structure ...
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.3
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pp.80-93
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1996
A 2-dimensional FEM/GEM program was developed under the plane strain assumption using linear line elements for analyzing stretch/draw forming operations of an arbitrarily shaped draw-die. FEM formulation adopted a new algorithm for solving force equilibrium as well as non-penetration condition simultaneously. Also, a rigid-viscoplastic material model with Hill's normal anisotropic yield condition and rate-sensitive hardening law is assumed, along with the Coulomb friction law in the contact regions. For the case of numerical divergence at nearly final forming stages, geometric force equilibrium method(GEM) is also introduced. The developed program was tested by simulating the forming processes of cylindrical punch/open die, and the drawing processes of automotive oilpan and hood inner panel in order to verify the usefulness and validity of FEM/GEM formulation. The numerical simulation verified the validity and robustness of developed program.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.181-191
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2006
The most common kind of vehicular accident is the low-speed rear-end impact that result in high portion of insurance claims and Whiplash Associated Disorders(WAD). The low-speed collisions have specific characteristics that differ from high speed collisions and must be treated differently This paper presents a simple continuous contact force model for the low-speed rear-end impact to simulate the accelerations, velocities and the contact force as functions of time. A smoothed Coulomb friction force is used to represent the effect of braking, which was found to be significant in simulating low-speed rear end impact. The intervehicular contact force is modeled using nonlinear damping and spring elements with coefficients and exponents. This paper presents how to estimate analytically stiffness and damping coefficients. The exponent of the nonlinear contact force model was determined to match the overall acceleration pulse shape and magnitude. The model can be used to determine ${\Delta}Vs$ and peak accelerations for the purpose of accident reconstruction and for injury biomechanics studies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.458-466
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1998
In this work, a frequency domain method is tested numerically and experimentally to improve nonlinear model parameters using the frequency response function at the nonlinear element connected point of structure. This method extends the force-state mapping technique, which fits the nonlinear element forces with time domain response data, into frequency domain manipulations. The force-state mapping method in the time domain has limitations when applying to complex real structures because it needd a time domain lumped parameter model. On the other hand, the frequency domain method is relatively easily applicable to a complex real structure having nonlinear elements since it uses the frequency response function of each substurcture. Since this mehtod is performed in frequency domain, the number of equations required to identify the unknown parameters can be easily increased as many as it needed, just by not only varying excitation amplitude bot also selecting excitation frequency domain method has some advantages over the classical force-state mapping technique in the number of data points needed in curve fit and the sensitivity to response noise.
The consequences associated with ships running aground depend very much on the soil characteristics of the sea bed and the geometrical shape of the ship bow. The penetration into the sea bed depends on these factors and the penetration is an important factor for the ship motion because it influences the ship heave and pitch motions as well as the friction between the ship and the soil. In this paper a rational calculation model is presented for the sea bed soil reaction forces on the ship bottom. The model is based on the assumption that the penetration of the ship bow generates a flow of pore water through the grain skeleton of the soil. The flow is governed by Darcy\`s law and it is driven by the pressure of the pore water at the bow. In addition to this pore water pressure, the bow is subjected to the effective stresses in the grain skeleton at the bow surface. These stresses are determined by the theory of frictional soils in rupture. Frictional stresses on the bow surface are assumed to be related to the normal pressure by a simple Coulomb relation. The total soil reaction as a function of velocity and penetration is found by integration of normal pressure and frictional stresses over the surface of the bow. The analysis procedure is implemented in a computer program for time domain rigid body analysis of ships running aground and it is verified in the paper through a comparison of calculated stopping lengths, effective coefficients of friction, and sea bed penetrations with corresponding experimental results obtained by model tests as well as large, scale tests.
Kim, Dong-Joon;Youn, Jun-Ung;Jee, Sung-Hyun;Choi, Jaehyung;Lee, Jin-Sun;Kim, Dong-Soo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.1
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pp.49-63
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2014
Bearing capacity factor $N_{\gamma}$ and shape factor were studied for rigid strip and circular footings with a rough base on sand by numerical modelling considering the effect of dilation angle. The numerical model was developed with an explicit finite difference code. Loading procedures and interpretation methods were devised in order to shorten the running time while eliminating the exaggeration of the reaction caused by the explicit scheme. Using the Mohr-Coulomb plasticity model with associated (${\psi}={\phi}$) and nonassociated (${\psi}$ < ${\phi}$) flow-rules, the bearing capacity factor $N_{\gamma}$ was evaluated for various combinations of internal friction angles and dilation angles. Bearing capacity factor decreased as the dilation angle was reduced from the associated condition. An equation applicable to typical sands was proposed to evaluate the relative bearing capacity for the nonassociated condition compared to the associated condition on which most bearing capacity factor equations are based. The shape factor for the circular footing varied substantially when the plane-strain effect was taken into account for the strip footing. The numerical results of this study showed closer trends with the previous experimental results when the internal friction angle was increased for the strip footing. Discussions are made on the reason that previous equations for the shape factor give different results and recommendations are made for the appropriate design shape factor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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