When a tubular cantilever beam is loaded by a dynamic force applied transversely at its tip, the strain hardening of the material tends to increase the load carrying capacity and local buckling and cross-sectional overlization occurring in the tube section tends to reduce the moment carrying capacity and results in structural softening. A theoretical model is presented in this paper to analyze the deformation of a tubular beam in a dynamic response mode. Based on a large deflection analysis, the hardening/softening M-${\kappa}$ relationship is introduced. The main interest is on the curvature development history and the deformed configuration of the beam.
Ultra-high performance concrete (UHPC) has been widely utilized in military and civil protective structures to resist intensive loadings attributed to its excellent properties, e.g., high tensile/compressive strength, high dynamic toughness and impact resistance. At present, aiming to improve the defects of the traditional vertical concrete cask (VCC), i.e., the external storage facility of spent fuel, with normal strength concrete (NSC) shield, e.g., heavy weight and difficult to fabricate/transform, the feasibility of UHPC applied in the shield of VCC is numerically examined considering its high radiation and corrosion resistance. Firstly, the finite element (FE) analyses approach and material model parameters of NSC and UHPC are verified based on the 1/3 scaled VCC tip-over test and drop hammer test on UHPC members, respectively. Then, the refined FE model of prototypical VCC is established and utilized to examine its dynamic behaviors and damage distribution in accidental tip-over and end-drop events, in which the various influential factors, e.g., UHPC shield thickness, concrete ground thickness, and sealing methods of steel container are considered. In conclusion, by quantitatively evaluating the safety of VCC in terms of the shield damage and vibrations, it is found that adopting the 300 mm-thick UHPC shield instead of the conventional 650 mm-thick NSC shield can reduce about 1/3 of the total weight of VCC, i.e., about 50 t, and 37% floor space, as well as guarantee the structural integrity of VCC during the accidental drop simultaneously. Besides, based on the parametric analyses, the thickness of concrete ground in the VCC storage site is recommended as less than 500 mm, and the welded connection is recommended for the sealing method of steel containers.
Park, Jongchan;Park, Seungyong;Cho, Hyun-Kyu;Park, Yunsu
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.818-823
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2012
Assessment of the dynamics properties, like damping, dynamic stiffness and resonance sharpness is essential for the development of a robust system, specifically for the reduction of a traction motor noise. A practical method for identifying dynamic characteristics of a traction motor hosing for an electric vehicle is proposed. Assembling using interference fit of the components of the motor is attributed to the main cause of strong nonlinearity. It is well known that nonlinearity of a structure makes it difficult to assess damping properties or dynamic characteristics of the system. This research presents a practical damping or dynamic stiffness identifying procedures for a nonlinear system according to the boundary condition between assembled components. Based on the simple idea that impact forces of modal tests are highly affected on the condition of the hammer tip, Auto Power Spectrum of the impact forces are used to assess the assembling condition and dynamic characteristics of the system, especially, damping of the system.
This study was performed to investigate the kinematic factors on the head hitting motion based on weight change of bamboo swords in kumdo. The kinematic factors, needed time per phase, COB displacement and velocity, angle(wrist, elbow, shoulder joint, hip joint, knee joint), were analyzed by the 3-D motion analysis method against 6 male middle school athletes. The results were as follows. 1. The needed time of head hitting motion based on weight change of bamboo swords was shorter when weight was heavier. 2. The COB displacement of left/right was bigger when weight was heavier. the displacement of right foot was higher at backswing phase and impact phase when weight was heavier and at impact time when weight was lighter. 3. The COB velocity was faster at impact time when weight was heavier, the velocity of sword tip was fastest for each event with bamboo sword weight of 440 g. 4. The angle of left elbow was smaller at top of backswing and impact when weight was heavier, the angle of left shoulder was bigger when weight was heavier, the right knee angle was biger at start when weight was heavier, at impact when weight was lighter.
Bukala, Jakub;Damaziak, Krzysztof;Karimi, Hamid Reza;Malachowski, Jerzy
Wind and Structures
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v.23
no.6
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pp.577-594
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2016
In this paper a practical modelling methodology is presented for a series of aero- servo- elastic- coupled numerical analyses of small wind turbine operation, with particular emphasis on variable speed generator modelling in various wind speed conditions. The following characteristics are determined using the available computer tools: the tip speed ratio as a function of the generator constant (under the assumption of constant wind speed), the turbine coefficient of power as a function of the tip speed ratio (the torque curve is modified accordingly and generator speed and power curves are plotted), turbine power curves and coefficient of power curve as functions of the incoming wind speed. The last stage is to determine forces and torques acting on rotor blades and turbine tower for specific incoming wind speeds in order to examine the impact of the stall phenomena on these values (beyond the rated power of the turbine). It is shown that the obtained results demonstrate a valuable guideline for small wind turbines design process.
SBD (Strain-based design) of pipe lines have gained world-wide attention in recent years. The present research aims to evaluate the fracture characteristics of API (America Petroleum Institute) SBD X100 girth weldment that typically applied for cold climate and deep water offshore, with the focus on the influence of heat input changing with 6kJ/cm and 10kJ/cm from GMAW (Gas Metal Arc Welding). At a low heat input at 6kJ/cm, the weld metal had Multi-phase matrix (Acicular ferrite + Banite + Martensite) that could fill up both fracture toughness and strength as reported previously. Also, the weld metal exhibited 859MPa YS (Yield strength), 108J impact toughness at $-40^{\circ}C$ and 0.52mm CTOD (Crack Tip Open Displacement) at $-10^{\circ}C$. These results can be satisfied with the requirement of API SBD X100 girth weldment and Alaska pipe line project.
The press cutter is productive equipment that practically manufactures mechanical components and polymer-based materials such as fabrics, papers, films, leathers, and rubbers into the desired shapes using a press cutting tool. The plate cutting process is one of the primary energy absorbing mechanisms in a grounding or collision event between a press cutter and a material on a die. The cutting mechanism is complicated and involves plastic flows of a plate in the vicinity of the tip, friction between the wedge and the plate, deformation of the plate. In this paper, we studied the effect of friction between cutter and plastic sheet far producing precise and superior products. In this paper, the press cutter is analyzed numerically using MARC finite element program for a optimization design of a press cutter. The FEM computed results show that the maximum von Mises stress is concentrated on the tip of a press cutter, which may lead to the edge wear or impact wear of the sharp cutter. Based on the FEM result and Taguchi's experimental design method, the optimized design model 9 for a press cutter is recommended as a best one.
SBD (Strain-based design) of pipe lines have gained world-wide attention in recent years. The present research aims to evaluate the fracture characteristics of API (America Petroleum Institute) SBD X100 girth weldment that typically applied for cold climate and deep water offshore, with the focus on the influence of heat input changing with 6kJ/cm and 10kJ/cm from GMAW (Gas Metal Arc Welding). At a low heat input at 6kJ/cm, the weld metal had Multi-phase matrix (Acicular ferrite + Banite + Martensite) that could fill up both fracture toughness and strength as reported previously. Also, the weld metal exhibited 859MPa YS (Yield strength), 108J impact toughness at $-40^{\circ}C$ and 0.52mm CTOD (Crack Tip Open Displacement) at $-10^{\circ}C$. These results can be satisfied with the requirement of API SBD X100 girth weldment and Alaska pipe line project.
Kim, Minsong;Kim, Jaenam;Byun, Youngseop;Kim, Jeong;Kang, Beomsoo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.9
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pp.707-714
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2016
This paper describes analysis results of vibration characteristics and modal test for a small-scale quad-rotor drone. The rotor arm has a slender body with a propeller and motor at its tip. Rotor system generates excitation for an unbalanced mass. Therefore, the drone platform is involved in the possibility of resonance. For advance identification of the possibility of resonance, confirmation of eigen-mode being closest to the propeller operation range is necessary. Material properties of CFRP tubes used for the rotor arm were acquired by finding the natural frequency based on Rayleigh method. A simplified quad-rotor FE model consisting of rotor arm assembly with tip mass was built to perform numerical analysis, and a free-free boundary condition was applied to provide flight status. Modal tests for the actual platform with impact hammer instrument were performed to verify analysis results. Separation margin from hazardous eigen-mode was checked on the propeller operation range.
Kim, Sang Yeob;Lee, Jong-Sub;Tutumluer, Erol;Byun, Yong-Hoon
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.1
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pp.25-33
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2022
The energy transferred on drill rods by dynamic impact mainly determines the penetration depth for in-situ tests. In this study, the dynamic response and transferred energy of drill rods are determined from the frequency of the stress waves. AW-type drill rods of lengths 1 to 3 m are prepared, and strain gauges and an accelerometer are installed at the head and tip of the connected rods. The drill rods are hung on strings, allowing free vibration, and then impacted by a pendulum hammer with fixed potential energy. Increasing the rod length L increases the wave roundtrip time (2L/c, where c is the wave velocity), and hence the transferred energy at the rod head. At the rod tip, the first velocity peak is higher than the first force peak because a large and tensile stress wave is reflected, and the transferred energy converges to zero. The resonant frequency increases with rod length in the waveforms measured by the strain gauges, and fluctuates in the waveforms measured by the accelerometer. In addition, the dynamic response and transferred energy are perturbed when the cutoff frequency is lower than 2 kHz. This study implies that the resonant frequency should be considered for the interpretation of transferred energy on drill rods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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