Unlike a typical metal spring, a gas spring uses compressed gas contained in a cylinder and compressed by a piston to exert a force. A common application includes automobiles where gas spring are incorporated into the design of open struts that support the weight of tail gate. They are also used in furniture such as office chairs, and in medical and aerospace applications. The gas spring works by the application of pressurized gas (nitrogen) contained in a cylinder. The internal pressure of the gas spring greatly exceeds atmospheric pressure. This differential in pressure exists at any rod position and generates an outward force on the rod, making the gas spring extend. In this paper, we investigated the dynamic characteristics of a gas spring on an automotive tail gate system.
A nonlinear gas-spring tuned mass damper is proposed to mitigate the seismic responses of the multi-degree-of-freedom (MDOF) structure, in which the nine-story benchmark model is selected as the controlled object. The nonlinear mechanical properties of the gas-spring are investigated through theoretical analysis and experiments, and the damper's control parameters are designed. The control performance and damping mechanism of the proposed damper attached to the MDOF structure are systematically studied, and its reliability is also explored by parameter sensitivity analysis. The results illustrate that the nonlinear gas-spring TMD can transfer the primary structure's vibration energy from the lower to the higher modes, and consume energy through its own relative movement. The proposed damper has excellent "Reconciling Control Performance", which not only has a comparable control effect as the linear TMD, but also has certain advantages in working stroke. Furthermore, the control parameters of the gas-spring TMD can be determined according to the external excitation amplitude and the gas-spring's initial volume.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.2
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pp.87-97
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2013
Recently the use of gas spring in the combat and commercial vehicle's suspension is increasing. Because of its nonlinear characteristics, the gas spring can support wide range of dynamic loads and gives good ride quality. In design of gas spring, isothermal and adiabatic processes are applied generally, but those processes could not produce heat transfer effect in the simulation. So in this study, heat transfer differential equation and BWR/Ideal state equation are used to calculate the pressure of gas spring which is changing with time. The numerical analysis showed that the pressure of gas spring forms a hysteresis loop in the both of the state equations. But the peak pressure value of BWR equation over 0.1Hz frequency are higher than that of adiabatic process. And the test results showed that the differences between test results and ideal gas equation are smaller than those of BWR equation, so the ideal equation is more accurate than BWR equation in this case.
The gas spring is a hydropneumatic adjusting element, consisting of a pressure tube, a piston rod, a piston and a connection fitting. The gas spring is filled with compressed nitrogen within the cylinder. The filling pressure acts on both sides of the piston and because of area difference it produces an extension force. Therefore, a gas spring is similar in function compare to mechanical coil spring. Conversely, optimization is a process of finding the best set of parameters to reach a goal while not violating certain constraints. The AMESim software provides NLPQL (Nonlinear Programming by Quadratic Lagrangian) and GA (genetic algorithm) for optimization. The NLPQL method builds a quadratic approximation to the Lagrange function and linear approximations to all output constraints at each iteration, starting with the identity matrix for the Hessian of the Lagrangian, and gradually updating it using the BFGS method. On each iteration, a quadratic programming problem is solved to find an improved design until the final convergence to the optimum design. In this study, we conducted optimization design of the gas spring reaction force with NLPQL.
Flame arrestor as end of line flame arrester for endurance burning prevents a light-back at deflagration and stabilized burning (during and after endurance burning) of potentially explosive vapor-air and gas-air mixtures at the end of vent pipes. In a flame arrestor, spring is an important part. The spring load as well as the spring's elasticity determine when the hood is opened. In addition, the spring have to work in high temperature condition due to gas burning. Therefore, it is necessary to analyze mechanical load and elasticity of spring when gas is burned. Based on the dynamic calculation on working process of a specific flame arrestor, analysis of spring is taken. A three dimensional model for spring burned in flame arrestor by using CFD simulation. Results of the CFD analysis are input in FEM simulation to analyze structure of the spring. The simulation results can predict and estimate the spring's load and elasticity at variation of the spring's deflection. Moreover, the obtained result can provide makers with references to optimize design of spring as well as flame arrestor.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.125-130
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2019
A gas-spring has been used in many areas and its use is increasing because it can be designed for a range of purposes. In this study, the behavior of a piston with an orifice hole inside the gas-spring cylinder was predicted using computational fluid dynamics (CFD). The piston was designed to reduce the reaction force if the gas-spring is compressed and to move at a low speed when it is returned. The analysis showed that if the initial gas pressure in the gas-spring is increased to a certain level, the speed of the piston would not decrease with time but will remain constant. The effects of orifice hall size on the piston return speed were investigated. Reducing the size of the orifice hole will increase the pressure difference on both sides of the piston, reduce the piston speed, and make it more constant. On the assumption of a constant speed of the piston, a theoretical solution to the return speed of the piston was derived according to the initial gas pressure, and the results for several initial gas pressures were compared with those of CFD. Comparison studies showed similar results for both methods.
A gas spring provides support force for lifting, positioning, lowering, and counterbalancing weights. It offers a wide range of reaction force with a flat force characteristic, simple mounting, compact size, speed controlled damping, and cushioned end motion. The most common usage is as a support on a horizontally hinged automotive tail gate. However, its versatility and ease of use has been applied in many other industrial applications ranging from office equipment to off-road vehicles. The cylinder of a gas spring is filled with compressed nitrogen gas, which is applied with equal pressure on both sides of the piston. The surface area of the rod side of the piston is smaller than the opposite side, producing a pushing force. The magnitude of the reaction force is determined by the cross-sectional area of the piston rod and the internal pressure inside the cylinder. The reaction force is influenced by many design parameters such as initial chamber volume, diameter ratio, etc. In this paper, we investigated the reaction force characteristics and carried out parameter sensitivity analysis for the design parameters of a gas spring.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.131-137
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2013
Gas springs have been widely used in motor vehicles as well as in most areas of industry. Instead of coil springs, these gas springs are easily operated to extrusion process or compression process the doors because $N_2$ gas with high pressure and oil are charged in tube. Gas spring sustain the constant elasticity change rate in the high reaction force and long stroke, and they have compact design, appearance and an excellent assembling ability to be mounted easily with any applicatory products. By means of these aspects, gas springs have been widely used in stead of coil springs in the over all industries. In this study, using acommonly used program, ANSYS, the basic research about the heat transfer and equivalent stress change of bimetal.
In this paper we discuss the dynamic characteristics of the in-arm type hydropneumatic suspension unit(ISU). For this, two accurate models are introduced. The first one is the Benedict-Webb-Rubin equation which is adopted for the spring behavior of a real gas. This equation is applicable for the high pressure of the nitrogen gas which acts as a spring in ISU system. The second one describes the behavior of a damper, which is divided into four parts - jounce-loading, jounce-unloading, rebound-loading and rebound-unloading. This approach gives a good approximation of the real damper system. For the comparison purpose, the numerical results of the dynamic behavior of ISU system using a real gas and an ideal gas are given in the paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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