Westphal, A.;Rulkov, N.F.;Ayers, J.;Brady, D.;Hunt, M.
Smart Structures and Systems
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v.8
no.1
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pp.39-52
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2011
We are developing a biomimetic robot based on the Sea Lamprey. The robot consists of a cylindrical electronics bay propelled by an undulatory body axis. Shape memory alloy (SMA) actuators generate propagating flexion waves in five undulatory segments of a polyurethane strip. The behavior of the robot is controlled by an electronic nervous system (ENS) composed of networks of discrete-time map-based neurons and synapses that execute on a digital signal processing chip. Motor neuron action potentials gate power transistors that apply current to the SMA actuators. The ENS consists of a set of segmental central pattern generators (CPGs), modulated by layered command and coordinating neuron networks, that integrate input from exteroceptive sensors including a compass, accelerometers, inclinometers and a short baseline sonar array (SBA). The CPGs instantiate the 3-element hemi-segmental network model established from physiological studies. Anterior and posterior propagating pathways between CPGs mediate intersegmental coordination to generate flexion waves for forward and backward swimming. The command network mediates layered exteroceptive reflexes for homing, primary orientation, and impediment compensation. The SBA allows homing on a sonar beacon by indicating deviations in azimuth and inclination. Inclinometers actuate a bending segment between the hull and undulator to allow climb and dive. Accelerometers can distinguish collisions from impediment to allow compensatory reflexes. Modulatory commands mediate speed control and turning. A SBA communications interface is being developed to allow supervised reactive autonomy.
The effects of geologic structures such as rock joins and bedding planes on the thermal conductivity of a discontinuous rock mass are studied. The expressions for the equivalent thermal conductivities of jointed rock masses are derived and found to be anisotropic. The degree of anisotropy depends primarily on the thermal properties contrast between the joint phase and surrounding intact rock, the joint density expressed as volume fraction and the inclination angle of the joint. Within the context of 2-dimensional finite element heat transfer scheme, the isotherms around a circular hole are analyzed for both the isotropic and anisotropic rock masses in 3 different thermal boundary conditions. i.e. temperature, heat flux and convection boundary conditions. The temperature in the stratified anisotripic rock mass is greatly influenced by the thermal properties of the rock formation in contact with the heat source. Using the excavation-temperature coupled elastic plastic finite element method, analyzed is the thermo-mechanical stability of a circular opening subjected to 10$0^{\circ}C$ at a depth of 527m. It is found that the thermal stress concentration was enough to deteriorate the stability and form a plastic yield zone around the opening, in contrast to the safety factor greater than 2 resulted form the excavation-only analysis.
There is a great demand of micro-actuators for mobile information devices such as SFF optical drives and mobile camera phones. However, conventional magnetic coils of electromagnetic motors are a major obstacle for miniaturization because of their complicated structures and large power consumption. In this paper, a linear ultrasonic motor to actuate focusing lens of mobile devices is proposed. The new actuator uses a ring type bimorph piezoelectric material, and $d_{31}$ mode is adopted for applying linear motion. The interaction between inertia force and friction force makes linear motion by high-frequency saw signal input. The saw signal gives steady forces on the one direction by asymmetric inclination property of the signal itself on time domain. A commercial FEM (ANSYS) was used in this investigation for simulating structural analysis, identification of dynamic property, such as resultant displacement and coupled analysis with piezoelectric material. To evaluate the performance of the new design, a prototype was manufactured and experiments were carried out. Experimental results show the actuator motion of 1.52 mm/s at 10 kHz input signal in 5 V.
Kim, Ho-Ryong;Shin, Hyo-Bum;Park, Young-Sin;Kang, Myoung-Hee;Hong, Souk-Il;Kim, Ho-Soo
Proceeding of KASS Symposium
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2008.05a
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pp.70-73
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2008
Because the inclination and crack of stone pagoda structure are caused by the depth difference of soft soil ground and ground subsidence in weak zone, a long-term conservation of stone pagoda structure is difficult. But it is insufficient to analyze the behavior of stone pagoda structure considering soft soil ground in our country. Therefore, we find the structural effect happening in stone pagoda structure by analyzing mechanically a specific of soft soil ground and carry out structural analysis and structural modelling of stone pagoda structure that considers soft soil ground by discrete element method.
Park, Jong-Woong;Sim, Sung-Han;Jung, Byung-Jin;Yi, Jin-Hak
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.1
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pp.1-8
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2015
Wind power systems have gained much attention due to the relatively high reliability, good infrastructures and cost competitiveness to the fossil fuels. Advances have been made to increase the power efficiency of wind turbines while less attention has been focused on structural integrity assessment of structural sub-systems such as towers and foundations. Among many parameters for integrity assessment, the most perceptive parameter may be the induced horizontal displacement at the hub height although it is very difficult to measure particularly in large-scale and high-rise wind turbine structures. This study proposes an indirect displacement estimation scheme based on the combined use of inclinometers and accelerometers for more convenient and cost-effective measurements. To this end, (1) the formulation for data fusion of inclination and acceleration responses was presented and (2) the proposed method was numerically validated on an NREL 5 MW wind turbine model. The numerical analysis was carried out to investigate the performance of the propose method according to the number of sensors, the resolution and the available sampling rate of the inclinometers to be used.
This paper investigates the effect of rock discontinuities on a shear stress wave that is induced by earthquake or blasting and provides the result of numerical parametric studies. The numerical tests of different conditions of rock and discontinuity have been carried out after confirming that the numerical approach is valid throughout a verification analysis from which the test results were compared with a theoretical solution. In-situ stress condition was considered as a rock condition and internal friction angle and cohesive value, which are the shear strength parameters, were considered as discontinuities condition. The joint inclination angle was also taken into account as a parameter. With the various conditions of different parameters, the test results showed that a shear stress wave propagating through a mass is highly influenced by the shear strength of discontinuities and the condition of joint inclination angle as well as in-situ stress. The study results indicate that when earthquake or blasting-induced dynamic loading propagates through a jointed rock mass or a stratified soil ground the effect of in-situ stress and discontinuities including a stratum boundary should be taken into account when evaluating the dynamic effect on nearby facilities and structures.
With increasing demand for offshore structures, the demand for temporary structures to help the offshore construction work has increased. A cofferdam is a temporary barrier to stop the inflow of water in the construction site and allows working in the dry condition when the construction is done within the water. However, it is a major cause of construction delays and increased costs because additional works are required to block the water inflow. Recently, in order to overcome the limitations of the conventional cofferdam methods and to increase economic efficiency, a large-diameter steel cofferdam method has been proposed which can be installed quickly in the seabed by using the suction pressure. In this circular steel cofferdam method, the top side of the cofferdam including the top-lid is always exposed above the sea level in order to use it as a water barrier, unlike the conventional suction bucket foundation. After installation, the top-lid of the cofferdam is removed and the water filled inside the cofferdam is discharged to make the interior dry condition. In this study, the circular steel cofferdam with a 5 m inner diameter was fabricated and the installation tests were conducted at the Saemaguem test site. During the experiment, variation of suction pressure, leakage between connections, structure deformation, and inclination of the steel cofferdam were measured and post-analyzed. This study verified the new circular steel cofferdam method and confirmed that the suction installation method can be successfully used for various purposes on offshore structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.6
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pp.955-967
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2016
As transportation systems for connecting lands and islands, oversea long-span bridges, underwater tunnels, and immersed tunnels have been mainly used so far. Submerged floating tunnels (SFTs) moored under specific water depth are one of the newest oversea transportation system. Compared to other existing systems, the new system requires relatively less construction cost and time. But, there is still no construction example. For reasonable design of the tunnel and mooring lines the rational structural analysis should be firstly performed. Unlike common transportation structures, the submerged tunnels are mainly affected by the wave, vary irregular excitation component. So, the analysis scheme might be difficult because of the characteristics of the submerged structures. This study aims to suggest the rational global performance analysis methodology for the submerged tunnels. Using ABAQUS the dynamic response of the experimental models studied by KIOST (2013) was investigated considering regular waves. By comparing the simulation results with the experimental results, the feasibility of the numerical simulation was verified. Using the suggested method, the effects of initial inclination of the tethers and draft of the tunnel on the dynamic behavior were studied. In addition, dynamic response of a SFT under the irregular wave was examined.
Objective: To identify the available evidence on the effects of rapid maxillary expansion (RME) with three-dimensional imaging and provide meta-analytic data from studies assessing the outcomes using computed tomography. Methods: Eleven electronic databases were searched, and prospective case series were selected. Two authors screened all titles and abstracts and assessed full texts of the remaining articles. Seventeen case series were included in the quantitative synthesis. Seven outcomes were investigated: nasal cavity width, maxillary basal bone width, alveolar buccal crest width, alveolar palatal crest width, inter-molar crown width, inter-molar root apex width, and buccopalatal molar inclination. The outcomes were investigated at two-time points: post-expansion (2-6 weeks) and post-retention (4-8 months). Mean differences and 95% confidence intervals were used to summarize and combine the data. Results: All the investigated outcomes showed significant differences post-expansion (maxillary basal bone width, +2.46 mm; nasal cavity width, +1.95 mm; alveolar buccal crest width, +3.90 mm; alveolar palatal crest width, +3.09 mm; intermolar crown width, +5.69 mm; inter-molar root apex width, +2.85 mm; and dental tipping, +3.75°) and post-retention (maxillary basal bone width, +2.21 mm; nasal cavity width, +1.55 mm; alveolar buccal crest width, +3.57 mm; alveolar palatal crest width, +3.32 mm; inter-molar crown width, +5.43 mm; inter-molar root apex width, +4.75 mm; and dental tipping, 2.22°) compared to pre-expansion. Conclusions: After RME, skeletal expansion of the nasomaxillary complex was greater in most caudal structures. Maxillary basal bone showed 10% post-retention relapse. During retention period, uprighting of maxillary molars occurred.
Duan, Yuanfeng;Ni, Yi-Qing;Zhang, Hongmei;Spencer, Billie F. Jr.;Ko, Jan-Ming;Dong, Shenghao
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.537-551
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2019
In this paper, a method for analyzing the damping performance of stay cables incorporating magnetorheological (MR) dampers in the passive control mode is developed taking into account the cable sag and inclination, the damper coefficient, stiffness and mass, and the stiffness of damper support. Both numerical and asymptotic solutions are obtained from complex modal analysis. With the asymptotic solution, analytical formulas that evaluate the equivalent damping ratio of the sagged cable-damper system in consideration of all the above parameters are derived. The main thrust of the present study is to develop an general design formula and a universal curve for the optimal design of MR dampers for adjustable passive control of sagged cables. Two sag-affecting coefficients are derived to reflect the effects of cable sag on the maximum attainable damping ratio and the optimal damper coefficient. For the cable configurations commonly used in cable-stayed bridges, the sag-affecting coefficients are directly expressed in terms of the sag-extensibility parameter to facilitate the control design. A case study on adjustable passive vibration control of the longest cable (536 m) on Stonecutters Bridge is carried out to demonstrate the influence of the sag for the damper design, and to figure out the necessity of adjustability of damper coefficients for achieving maximum damping ratio for different vibration modes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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