The multi-rigid-body matrix method (MRBMM) is a generalized modeling method for obtaining the displacements, forces, and dynamic characteristics of a compliant mechanism without performing inner-force analysis. The method discretizes a compliant mechanism of any type into flexure hinges and rigid bodies by implementing a multi-body mass-spring model using coordinate transformations in a matrix form. However, in this method, the deformations of bodies that are assumed to be rigid are inherently omitted. Consequently, it may yield erroneous results in certain mechanisms. In this paper, we present a multi-compliant-body matrix-method (MCBMM) that considers a rigid body as a compliant element, while retaining the generalized framework of the MRBMM. In the MCBMM, a rigid body in the MRBMM is segmented into a certain number of body nodes and flexure hinges. The proposed method was verified using two examples: the first (an XY positioning stage) demonstrated that the MCBMM outperforms the MRBMM in estimating the static deformation and dynamic mode. In the second example (a bridge-type displacement amplification mechanism), the MCBMM estimated the displacement amplification ratio more accurately than several previously proposed modeling methods.
Kim, Dong-Man;Kim, Dong-Hyun;Kim, Yo-Han;Kim, Su-Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.78-83
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2009
In this study, computer applied engineering (CAE) techniques are fully used to conduct structural and dynamic analyses of a whole huge wind turbine system including composite blades, tower and nacelle. For this study, computational fluid dynamics (CFD) is used to predict aerodynamic loads of the rotating wind-turbine blade model. Multi-body dynamic structural analyses are conducted based on the non-linear finite element method (FEM) by using super-element method for composite laminates blade. Three-dimensional finite element model of a wind turbine system is constructed including power train(main shaft, gear box, coupling, generator), bedplate and tower. The results for multi-body dynamic simulations on the wind turbine's critical operating conditions are presented in detail.
This article deals with the transient analysis using multi-flexible body dynamics of a trailer vehicle, which is passing a bump on the flat road. In order to investigate the transient dynamic behavior of the trailer, we developed an equivalent finite element model for the trailer and a vehicle dynamic model for the truck using multi-body dynamics. The driving condition considered here is set as the trailer vehicle passes a bump on the flat road in 7km/h. And we investigate the time histories of vertical load and deflections on connecting points between the trailer and truck during the vehicle passes a bump. Due to the dynamic load resulted from the driving condition, additional stress concentrations are found in the trailer and the suspension connecting points between the trailer and rear axles along with kingpin.
In a flexible multi-body dynamic system the typical topological optimization method for structures cannot be directly applied, as the stiffness varies with position. In this paper, the topological optimization of the flexible multi-body dynamic system is converted into structural optimization using the equivalent static load method. First, the actual boundary conditions of the control system and the approximate stiffness curve of the mechanism are obtained from a flexible multi-body dynamical simulation. Second, the finite element models are built using the absolute nodal coordination for different positions according to the stiffness curve. For efficiency, the static reanalysis method is utilized to solve these finite element equilibrium equations. Specifically, the finite element equilibrium equations of key points in the stiffness curve are fully solved as the initial solution, and the following equilibrium equations are solved using a reanalysis method with an error controlled epsilon algorithm. In order to identify the efficiency of the elements, a non-dimensional measurement is introduced. Finally, an improved evolutional structural optimization (ESO) method is used to solve the optimization problem. The presented method is applied to the optimal design of a die bonder. The numerical results show that the presented method is practical and efficient when optimizing the design of the mechanism.
Seungwoon Park;Yeong Hwan Han;Ho Young Jeon;Chul-Hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.20
no.4
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pp.9-16
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2023
This paper analyzed a drainage tower used to drain water in flooded areas. Multi-body dynamics simulation was used to analyze the dynamic behavior of the drainage tower. Structural analysis, flexible-body dynamic analysis, and rigid body dynamic analysis were done to study the maximum Von-Mises stress of the drainage tower. The results showed that the maximum Von-Mises stress occurs at the turn table, and it decreases when the angle of the boom is increased. Also, the rate of the change of angle affects the maximum stress so that the maximum stress changes more when the angular velocity of the boom increases. Based on the rigid body dynamic analysis and the theoretical analysis results, the centrifugal force from the angular velocity makes the difference in the maximum stress at the turn table because of the difference in their direction. Consequently, it was concluded that the centrifugal force should be considered when designing construction machinerythat can rotate.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.130-136
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2012
Dynamic as well as static and geometric design parameters such as inertia, tooth profile, backlash and clearance can be directly considered via multi-body dynamic analysis along with contact analysis. However, it is time consuming to use finite elements for the consideration of the tooth flexibility in the multi-body dynamic analysis of gears. A computationally efficient procedure, so called, Gear Stiffness Module, is suggested to resolve this calculation time issue. The characteristics of gear tooth compliance are discussed and rotational stiffness element concept for the Gear Stiffness Module is presented. Transmission error analyses for a spur gear system are carried out to validate the reliability and efficiency of the module. Compared with the finite element model, the Gear Stiffness Module yields considerably similar results and takes only 3% of calculation time.
A wind turbine simulation program for the coupled dynamics of aerodynamics, elasticity, multi-body dynamics and controls of turbine is newly developed by combining an aero-elastic code and a multi-body dynamics code. The aero-elastic code, based on the blade momentum theory and generalized dynamic wake theory, is developed by NREL(National Renewable Energy Laboratory, USA). The multi-body dynamics code is commercial one which is capable of accounting for geometric nonlinearity and twist deflection. A turbulent wind load case is simulated for the NREL 5-MW baseline wind turbine model by the developed program and FAST. As a result, the two results agree well enough to verify the reliability of the developed program.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.749-753
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2007
The purpose of this study is to design of a linear feeder using a multi body dynamic program, and to analyze a dynamic motion of the feeder that can transport small mechanical parts uniformly. In order to establish the analysis model of the linear feeder, each parts of the feeder are divided into two types which the rigid and flexible body. For the dynamic simulation, RecurDyn, which is a commercial multi-body dynamic package, is used. We also consider the design parameters for optimal dynamic motion such as centroid, stiffness, and mass of the feeder system. In order to analyze the dynamic motion of a linear feeder, the displacements of the feeder are measured by several accelerometers when it is in an operating condition. After the signal data from the accelerometers are captured in the time domain, the dynamic motion in the space is visualized by using graphic computer software.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1069-1076
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2007
The purpose of this study is to improve the performance of a linear feeder that can transport grains uniformly. In order to analyze the dynamic behaviors of a linear feeder, the displacements of the feeder are measured by several accelerometers when it is in an operating condition. After the signal data from the accelerometers are captured in the time domain, the feeder motion in the space is visualized by using graphic computer software. In addition, a dynamic model of the feeder is established for a multi-body dynamics simulation. For the dynamic simulation, RecurDyn, which is a commercial multi-body dynamic package, is used. From the experimental and the computational approaches, an optimal dynamic motion is obtained for uniform transportation of grains. Furthermore, we also consider the determination of design parameters for optimal dynamic motion such as centroid, stiffness, and damping coefficient of the feeder system.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.579-586
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2007
Analytical method to analyze the effect of tolerance on the modal characteristic of multi-body systems in dynamic equilibrium position is suggested in this paper. Monte-Carlo method is conventionally employed to perform the tolerance analysis. However, Monte-Carlo method spends too much time for analysis and has a greater or less accuracy depending on sample condition. To resolve these problems, an analytical method is suggested in this paper. Sensitivity equations for damped natural frequencies and the transfer function are derived at the dynamic equilibrium position. By employing the sensitivity information of mass, damping and stiffness matrices, the sensitivities of damped natural frequencies and the transfer function can be calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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