Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.711-717
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2014
An accelerated ultrasonic fatigue test (UFT) was used for analyzing very high cycle fatigue (VHCF, $N_f$ > $10^7$) behaviors of a specimen with a test resonance of 20 kHz. Using the finite element method (FEM), the dynamic behaviors of the specimen was studied by calculating the stresses along its gauge portion, with displacement. The shape of gauge portion profile was assumed to be a hyperbolic according to the stress equation of the UFT. However, as the specimen used in the test had a circular arc profile, the FEM was used for studying the local stresses for two cases of the gauge profile. The results were compared with those obtain from the stress equation of the UFT. The dynamic behavior of the gauge portion could be understood for further comparison with the actual results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.3
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pp.116-126
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1993
The finite element method(FEM) has been commonly used for structural dynamic analysis. However, the direct global application of FEM to large complex structures such as ships and offshore structures requires considerable computational efforts, and remarkably more in structural dynamic optimization problems. Adoption of the component-mode synthesis method is an efficient means to overcome the above difficulty. Among three classes of the component-mode synthesis method, the free-interface mode method is recognized to have the advantages of better computational efficiency and easier implementation of substructures' experimental results, but the disadvantage of lower accuracy in analytical results. In this paper, an advanced method to improve the accuracy in the application of the free-interface mode method for the vibration analysis of large complex structures is presented. In order to compensate the truncation effect of the higher modes of substructures in the synthesis process, both residual inertia and stiffness effects are taken into account and a frequency shifting technique is introduced in the formulation of the residual compliance of substructures. The introduction of the frequency shrift ins not only excludes cumbersome manipulation of singular matrices for semi-definite substructural systems but gives more accurate results around the specified shifting frequency. Numerical examples of typical structural models including a ship-like two dimensional finite element model show that the analysis results based on the presented method are well competitive in accuracy with those obtained by the direst global FEM analysis for the frequencies which are lower than the highest one employed in the synthesis with remarkably higher computational efficiency and that the presented method is more efficient and accurate than the fixed-interface mode method.
A comprehensive analysis of wheel force spectrum is conducted to provide the KTX safety evaluation with structural behaviour of Pre-Stressed Concrete (PSC) box bridge due to various high speeds. The wheel spectrum for KTX locomotive running over road and PSC bridge tracks is compared using irregular track responses with numerical models of 170m approach road track and 40m span length of PSC box bridge The high-speed railway locomotive is used as 38-degree of freedom system. Three displacements (vertical, lateral, and longitudinal) and three rotational components (pitching, rolling, and yawing) for one car-body and two bogies are considered in the 38-degree of freedom model. Three dimensional frame element of finite element method (FEM) is used to model of the simply supported PSC box bridge. The irregulation of rail-way is derived using the experiential spectrum density function under assumption of twelve level tracks conditions based on the normal probability procedure. The dynamic analyses by Runge-Kutta method which are able to analyze the high frequency wheel force spectrum. A dynamic behaviour of KTX due to high speeds until 450km/h developing speed with relative time is analysed and compared the characteristics running over the road and PSC box bridge tracks. Finally, the KTX integrated evaluation method of safety between high speed train and bridge is presented.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.394-400
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2008
This paper presents an analytical method to investigate the stability of FDBs (fluid dynamic bearings) considering the tilting motion. The perturbed equations of motion are derived with respect to translational and tilting motion for the general rotor-bearing system with five degrees of freedom. The Reynolds equations and their perturbed equations are solved by using the FEM in order to calculate the pressure, load capacity, and the stiffness and damping coefficients. This research introduces the radius of gyration to the equations of notion in order to express the mass moment of interia with respect to the critical mass. Then the critical mass of FDBs is determined by solving the eigenvalue problem of the linear equations of motion. This research is numerically validated by comparing the stability chart of FDBs with the time response of the whirl radius obtained from the direct integration of the equations of motion. This research shows that the tilting motion is one of the major design considerations to determine the stability of rotating system. It also shows that the stability of FDBs considering only translation is overestimated in comparison with the stability of FDBs considering both translational and tilting motion.
Tanks are used to store a wide variety of liquids such as oil, gasoline and water. It is reported that, a large number of tanks have been damaged during severe earthquakes. Therefore, understanding their behavior under earthquake is an important subject for structural engineers. In this paper, a comprehensive study is presented on dynamic response of tanks. A parametric study has been completed on the rectangular storage tanks with aid of finite element method (FEM). Various parameters are investigated, such as; liquid height, density and earthquake with different peak ground acceleration (PGA). When investigating these parameters, modal and time history method is used. Six different earthquake records are used for time history analysis. The analysis results show that when the PGA increases by 10.7 times, the maximum displacements, stress, sloshing and base shear increase by 11.4, 22.6, 5.46 and 17.8 times, respectively and when the liquid height increases by two times, the absolute maximum values of stress, displacements, base shear and sloshing increase 1.65, 2.04, 2.05 and 1.34. Furthermore, values of sloshing increase with decrease in density.
A novel solving technique has been developed to analyze the dynamic characteristics of high speed Thomson-coil arc eliminator. The electromagnetic repulsion actuator based on Thomson-coil is taken as the driving part of the arc eliminator, due to which, the opening and closing time is quite short compare to other type actuators. The electromagnetic repulsion actuator is composed of one repulsion plate and two fixed coils, corresponding to the opening coil and closing coil, respectively. The new solving technique is derived based on the equivalent electric circuit model of the system which is set up by dividing the repulsion plate into multi segments using adaptive segmentation method. This solving technique is applied to the dynamic characteristic analysis of electromagnetic repulsion actuators in high speed Thomson-coil arc eliminators. The calculation results are testified by the FEM calculation results and experiment results.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.10
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pp.87-97
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2020
In general, tires require various sensors and power supply devices, such as batteries, to obtain information such as pressure, temperature, acceleration, and the friction coefficient between the tire and the road in real time. However, these sensors have a size limitation because they are mounted on a tire, and their batteries have limited usability due to short replacement cycles, leading to additional replacement costs. Therefore, vibration energy harvesting technology, which converts the dynamic strain energy generated from the tire into electrical energy and then stores the energy in a power supply, is advantageous. In this study, the output voltage and power generated from piezoelectric elements are predicted through finite element analysis under static state and transient state conditions, taking into account the dynamic characteristics of tires. First, the tire and piezoelectric elements are created as a finite element model and then the natural frequency and mode shapes are identified through modal analysis. Next, in the static state, with the piezoelectric element attached to the inside of the tire, the voltage distribution at the contact surface between the tire and the road is examined. Lastly, in the transient state, with the tire rotating at the speeds of 30 km/h and 50 km/h, the output voltage and power characteristics of the piezoelectric elements attached to four locations inside the tire are evaluated.
Nanclares, German;Ambrosini, Daniel;Curadelli, Oscar;Domizio, Martin
Smart Structures and Systems
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v.26
no.6
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pp.765-779
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2020
Collapse of bridges in recent earthquakes demonstrates the need to deepen the understanding of the behaviour of these structures against seismic actions. This paper presents a highly detailed numerical model of an actual bridge subjected to extreme seismic action which results in its collapse. Normally, nonlinear numerical models have high difficulties to achieve convergence when reinforced concrete is intended to be represented. The main objective of this work is to determine the efficiency of different passive control strategies to prevent the structural collapse of an existing bridge. Metallic dampers and seismic isolation by decoupling the mass were evaluated. The response is evaluated not only in terms of reduction of displacements, but also in increasing of shear force and axial force in key elements, which can be a negative characteristic of the systems studied. It can be concluded that the use of a metallic damper significantly reduces the horizontal displacements and ensures the integrity of the structure from extreme seismic actions. Moreover, the isolation of the deck, which in principle seems to be the most effective solution to protect existing bridges, proves inadequate for the case analysed due to its dynamic characteristics and its particular geometry and an unpredictable type of axial pounding in the columns. This unexpected effect on the isolation system would have been impossible to identify with simplified models.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.8
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pp.759-769
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2013
Electronic equipment has been applied to virtually every area associated with commercial, industrial, and military applications. Specifically, electronics have been incorporated into avionics components installed in aircraft. This equipment is exposed to dynamic loads such as vibration, shock, and acceleration. Especially, avionics components installed in a helicopter are subjected to simultaneous sine and random base excitations. These are denoted as sine on random vibrations according to MIL-STD-810F, Method 514.5. In the past, isolators have been applied to avionics components to reduce vibration and shock. However, an isolator applied to an avionics component installed in a helicopter can amplify the vibration magnitude, and damage the chassis, circuit card assembly, and the isolator itself via resonance at low-frequency sinusoidal vibrations. The objective of this study is to investigate the dynamic characteristics of an avionics component installed in a helicopter and the structural dynamic modification of its tray plate without an isolator using both a finite element analysis and experiments. The structure is optimized by dynamic loads that are selected by comparing the vibration, shock, and acceleration loads using vibration and shock response spectra. A finite element model(FEM) was constructed using a simplified geometry and valid element types that reflect the dynamic characteristics. The FEM was verified by an experimental modal analysis. Design parameters were extracted and selected to modify the structural dynamics using topology optimization, and design of experiments(DOE). A prototype of a modified model was constructed and its feasibility was evaluated using an FEM and a performance test.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.7
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pp.4469-4474
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2014
This paper proposes a novel analysis method on the driving performance of LIM (linear induction motor) by FEM (finite element method). First, a linear model was converted with a rotation model to perform the dynamic analysis for a long time. Through the FEM model, the slip parameter for the control algorithm could be induced effectively. The LIM for the traction system was performed at a constant V/f in the region of constant torque, and a constant V and variable f in the region of constant power. Several slip characteristic curves according to the voltage and frequency were calculated by FEM in advance. The driving performance was then induced by interpolating the slip characteristic curves according to the load of the vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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