A flexure hinge-based compliant stage driven by stack-type piezoelectric elements has high precision motion but small operational range due to the characteristics of the piezoelectric element. Since the common flexure hinges can be broken by excessive deflection when the displacement is amplified by a high amplification ratio, a flexure hinge mechanism for large deflection is required. A cartwheel-type flexure hinge has an advantage of larger deflection compared with the common flexure hinges. This study presents a rotation stage with cartwheel-type flexure hinges driven by a stack-type piezoelectric element. The characteristics and the performance of the rotation stage are described by the terms of principal resonance frequency, amplification ratio of rotational displacement, maximum rotational displacement and block moment, in which the terms are analyzed by geometric parameters of the rotation stage. The analyzed results will be used as the guideline of the design of the rotation stage.
Ductility is very important parameter in seismic design of RC members such as beams where it allows RC beams to dissipate the seismic energy. In this field, the curvature ductility has taken a large part of interest compared to the deflection ductility. For this reason, the present paper aims to propose a general formula for predicting the deflection ductility factor of RC beams under mid-span load. Firstly, the moment area theorem is used to develop a model in order to calculate the yield and the ultimate deflections; then this model is validated by using some results extracted from previous researches. Secondly, a general formula of deflection ductility factor is written based on the developed deflection expressions. The new formula is depended on curvature ductility factor, beam length, and plastic hinge length. To facilitate the use of this formula, a parametric study on the curvature ductility factor is conducted in order to write it in simple manner without the need for curvature calculations. Therefore, the deflection ductility factor can be directly calculated based on beam length, plastic hinge length, concrete strength, reinforcement ratios, and yield strength of steel reinforcement. Finally, the new formula of deflection ductility factor is compared with the model previously developed based on the moment area theorem. The results show the good performance of the new formula.
Mezquida-Alcaraz, Eduardo J.;Navarro-Gregori, Juan;Lopez, Juan Angel;Serna-Ros, Pedro
Computers and Concrete
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제23권1호
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pp.11-23
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2019
Nowadays, the characterization of Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC) tensile behavior still remains a challenge for researchers. For this purpose, a simplified closed-form non-linear hinge model based on the Third Point Bending Test (ThirdPBT) was developed by the authors. This model has been used as the basis of a simplified inverse analysis methodology to derive the tensile material properties from load-deflection response obtained from ThirdPBT experimental tests. In this paper, a non-linear finite element model (FEM) is presented with the objective of validate the closed-form non-linear hinge model. The state determination of the closed-form model is straightforward, which facilitates further inverse analysis methodologies to derive the tensile properties of UHPFRC. The accuracy of the closed-form non-linear hinge model is validated by a robust non-linear FEM analysis and a set of 15 Third-Point Bending tests with variable depths and a constant slenderness ratio of 4.5. The numerical validation shows excellent results in terms of load-deflection response, bending curvatures and average longitudinal strains when resorting to the discrete crack approach.
In this study, the hinges of heavy weight doors were designed and analyzed in line with the trend that built-in appliances are becoming larger and the weight of doors is also increasing. The main specification of the heavy weight door hinge is to allow the deflection at the end of the door to be less than 2 mm when opening and closing, including the automatic closing, slow closing, and closing force control functions. The structural analysis of the design mechanism, component design, and methods for improving the deflection are as follows: 1) Mechanism of the automatic closing function should sense automatically using the spring compression force at a specific angle by the contact between the cam and the cam module roller. 2) Through structural analysis, the maximum stress of the door was found in the link pin hole connected to the pin at each link. 3) Consequently, the pin holder was designed and applied, with little variance, but up to 93% of the specification limit.
본 논문에서는 저전압에서 구동 할 수 있는 압전구동 방식의 RF MEMS 스위치를 설계하였다. 설계는 유한요소기법(FEM)을 지원하는 시뮬레이터 (ConventorWare)를 사용하여 수행하였고, 이를 바탕으로 deflection, contact force, stress 등 기계적인 해석을 함으로써 최적화된 설계를 할 수 있었다. 이번 설계에서는 적절한 contact force를 유지하면서 hinge에서 받는 stress를 최소화하기 위하여 구동기를 2개 사용한 듀얼형식의 모델을 제안하였고, hinge의 모양은 'ㄷ'로 하여 deflection을 향상시켰다. 이 듀얼형식의 최적화된 모델은 signal line과 contact pad 간의 gap이 3.4${\mu}m$일 때, 최초 2.8V에서 contact이 이루어졌으며, 5V에서 12.4${\mu}N$의 contact force와 116MPa의 stress를 얻었고, 차후, SP4T나 SP6T 등의 설계시 공간 효율이 높은 다양한 형태의 구조를 설계할 수 있다.
For application to drag-based propulsion system, the dynamics of a segmented structure with multiple hinges undergoing oscillatory motion are investigated. The side flaps are connected to a centre rod with elastic plates acting as hinges. The hinges bend to only one direction so that the structure behave asymmetrically between the power stroke and the recovery stroke. An analytical model is proposed, which estimates the asymmetric deformation of the segmented structure coupled with hinges. Using the proposed model, the effects of key geometric and kinematic parameters on the dynamics of the structure are analyzed.
The attitude control of an aircraft is usually fulfilled by means of thrusters at high altitudes. Therefore, the possibility of using also aerodynamic surfaces would produce the advantage of reducing the amount of fuel for the thrusters to be loaded on board. For this purpose, Zuppardi already considered some aerodynamic problems linked to the use of a wing flap in a previous paper. A NACA 0010 airfoil with a trailing edge flap of 35% of the chord, in the range of angle of attack 0-40 deg and flap deflections up to 30 deg was investigated. Computer tests were carried out in hypersonic, rarefied flow by a direct simulation Monte Carlo code at the altitudes of 65 and 85 km of Earth Atmosphere. The present work continues this subject, considering the same airfoil and free stream conditions but two flap extensions of 45% and 25% of the chord and two flap deflections of 15 and 30 deg. The main purpose is to compare the influence of the flap dimension with that of the flap deflection. The present analysis is carried out in terms of: 1) percentage variation of the global aerodynamic coefficients with respect to the no-flap configuration, 2) increment of pressure and heat flux on the airfoil lower surface due to the Shock Wave-Shock Wave Interaction (SWSWI) with respect to the same quantities with no SWSWI or in no-flap configuration, 3) flap hinge moment. Issues 2) and 3) are important for the design of the mechanical and thermal protection system and of the flap actuator, respectively. Under the above mentioned test and geometrical conditions, the flap deflection is aerodynamically more effective than the flap extension, because it involves higher variation of the aerodynamic coefficients. However, tests verify that a smaller deflection angle involves the advantage of a smaller increment of pressure and heat flux on the airfoil lower surface, due to SWSWI, as well as a smaller hinge moment.
본 논문에서는 항공기 플랩 운용조건에 따라 변하는 플랩의 힌지 모멘트를 추정하는 실제적인 방법을 소개하였다. 플랩의 설계를 위하여 구조 하중해석과 풍동시험으로 산출한 힌지 모멘트를 실제 비행 힌지 모멘트와 비교할 수 있었으며, 플랩 구조의 정적 안전성을 확인할 수 있었다. 이를 위해서 두 개의 변형률게이지를 플랩 힌지에 장착하였으며, 항공기 하중 모니터링 탑재장비를 사용하였다. 지상 시험을 통해서 힌지의 변형률과 모멘트의 상관관계를 해석해와 유한요소해석으로 교정하였다. 비행 시험에서는 플랩 처짐 각도 및 속도와 함께 변형률 신호를 기록하였다. 최종적으로, 계측한 변형률을 해석해와 유한요소해석으로 교정함으로서 비행 힌지 모멘트를 추정할 수 있었다.
A $1\;{\times}\;4$ micro mirror array is designed and fabricated. In contrast to other micro mirrors which utilize torsional flexure hinges or cantilevers for restoring torque and supporting purpose, we have placed a substrate hinge structure under each mirror. Each micro mirror consists of address electrode, substrate hinge consisting of pin and staple, supporter post, and mirror plate. Electrical connection between mirror plate and ground electrode is established by substrate hinge. Mirror undergoes a rotational motion due to electrostatic force when voltage difference is applied between address electrode and mirror plate. Micro mirrors with two different types of staple shape and two different pin sizes are designed and fabricated. Each mirror is designed to have ${\pm}\;10^{\circ}$ of deflection angle and have $100\;{\times}\;110\;{\mu}m^2$ of size.
Recent earthquakes have demonstrated that even when the beams and columns in a reinforced concrete frame remain intact, the integrity of the whole structure is undermined if the joint where these members connect fails. A good seismic performance of reinforced concrete frames depends on their ability to absorb seismic energy through inelastic deformations and to avoid a sudden development of collapse mechanism in event of a strong earthquake shaking. The primary objective of this investigation is to move the plastic hinge away from the beam-column joint region and hence reducing the damage to the joint region. In this research, the seismic performance of exterior beam-column joints with four types of confinement in joint region and inclined bars from column to beam is investigated experimentally. Control specimens without inclined bars and four types of confinement Square Hoop, Square Spiral, Circular Hoop and Circular Spiral were tested along with inclined bars were tested. Seismic performance was determined via load-deflection response, ductility, stiffness, energy dissipation, strain of beam reinforcement and crack pattern. Out of the four specimens with inclined bars, seismic performance of joint with Square Spiral confinement gave the best performance in terms of all parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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