In this paper, the effect of semi-rigid connections on the stability bearing capacity of cross-bracings in steel tubular transmission towers is investigated. Herein, a prediction method based on the hybrid model which is a combination of particle swarm optimization (PSO) and backpropagation neural network (BPNN) is proposed to accurately predict the stability bearing capacity of cross-bracings with semi-rigid connections and to efficiently conduct its probabilistic assessment. Firstly, the establishment of the finite element (FE) model of cross-bracings with semi-rigid connections is developed on the basis of the development of the mechanical model. Then, a dataset of 7425 samples generated by the FE model is used to train and test the PSO-BPNN model, and the accuracy of the proposed method is evaluated. Finally, the probabilistic assessment for the stability bearing capacity of cross-bracings with semi-rigid connections is conducted based on the proposed method and the Monte Carlo simulation, in which the geometric and material properties including the outer diameter and thickness of cross-sections and the yield strength of steel are considered as random variables. The results indicate that the proposed method based on the PSO-BPNN model has high accuracy in predicting the stability bearing capacity of cross-bracings with semi-rigid connections. Meanwhile, the semi-rigid connections could enhance the stability bearing capacity of cross-bracings and the reliability of cross-bracings would significantly increase after considering semi-rigid connections.
Bearing is a mechanical component that supports loads and transmits rotation. As the application of high-value-added products such as semiconductors, aviation, and robots have recently become diverse and more precise, an accurate bearing performance prediction and evaluation technology is required. Bearing performance evaluation can be divided into evaluations based on bearing theory and on numerical analysis. An evaluation based on numerical analysis is a technique that has been highlighted because the problems that remained unsolved owing to time problems can be solved through recent developments in computers. However, current studies have the disadvantage of not considering the essential changes over time and bearing rotation. In this study, bearing performance evaluation based on rigid body dynamic analysis considering rotation and load over time is performed. Rigid body dynamic analysis is performed for deep groove ball bearing to calculate the load applied by the ball. The reliability of the analysis is verified by comparing it with the results calculated using bearing theory. In addition, rigid body dynamic analysis is performed for automotive wheel bearings to calculate the contact angle and load applied by the ball for cases where axial load and radial load are applied, respectively. The effect of rotation and load over time is evaluated from these results.
The use of a skirt, a vertical projection attached to the footing, is a recently developed method to increase the bearing capacity of soils and reduce foundation settlements. Most of the studies were focused on vertical skirted circular footings resting on clay while neglecting the rigidity and inclination of skirts. This study employs finite element limit analysis to investigate the bearing capacity enhancement of flexible and rigid inclined skirts in cohesionless soils. The results indicate that the bearing capacity initially improves with an increase in the skirt inclination but subsequently decreases for both flexible and rigid skirts. However, the rigid skirt exhibits more apparent optimum skirt inclination and bearing capacity enhancement than the flexible one, owing to differences in their failure mechanisms. Furthermore, the bearing capacity of the inclined skirted foundation increases with the skirt length, footing depth, and internal friction angle of the soil. In the case of rigid skirts, the bearing capacity increases linearly with skirt length, while for flexible skirts, it reaches a stable value at a certain skirt length. The efficiency of the flexible footing reduces as the footing depth and soil internal friction angle increase. Conversely, the efficiency of the rigid skirt decreases only with an increase in the depth of the footing. The paper also presents a detailed analysis of various failure patterns, highlighting the behaviour of inclined skirted footings. Additionally, nonlinear regression equations are provided to quantify and predict the bearing capacity enhancement with the inclined skirts.
The article presents the results of finite element analyses carried out on skirted footings. The bearing capacity increases with the provision of the flexible and rigid skirt, but the effectiveness varies with various other factors. The skirts are more efficient in the case of cohesionless soils than cohesive and c-ϕ soils. Efficiency reduces with an increase in the soil strength and footing depth. The rigid skirt is relatively more efficient compared to the flexible skirt. In contrast, to the flexible skirt, the efficiency of the rigid skirt increases continuously with skirt length. The difference in the effectiveness of both skirts becomes more noticeable with an increase in the strength parameters, skirt length, and footing depth. The failure mechanism also changes significantly with the inclusion of a rigid skirt. The rigid skirt behaves as a solid embedded footing, and the failure mechanism becomes confined with an increase in the skirt length. Few small-scale laboratory tests were carried out to study the flexible and rigid skirt and verify the numerical study results. The numerical analysis results are further used to develop nonlinear equations to predict the enhancement in bearing capacity with the provision of the rigid and flexible skirts.
This research evaluated the different types of deck to pier connections effects (one or two elastomeric bearing lines and rigid) on a concrete bridges. Three-dimensional bridge models behavior with different deck to pier connections and different distances of two bearing lines were studied under the service load. Also, the detailed connection system with two elastomeric bearing lines was modeled to evaluate the effect of changing distance between two-lines. Results indicated that the proper location of elastomeric bearings has a major impact on the transferring forces to the substructure. Double elastomeric bearing lines have a behavior between one line and rigid connections. Transferring bending moment to the substructure in two-lines is more than the corresponding value of the one line. Moreover, an increase in the distance of two-lines lead to a significant increase in the rotational stiffness of the connection, and an analytical solution was investigated for their relation. In fact, the semi-rigidity effect of this connection and its change due to the distance of bearings should be considered in the design process.
The magnetic bearing systems are intrinsically unstable, and need the feedback control of electromagnetic forces with measured displacements. So the controller design plays an important role in constructing high performance magnetic bearing system. In case of magnetic bearing systems, the order of identified model is high because of unknown dynamics included in closed loop systems - such as sensor dynamics, actuator dynamics-and non-linearity of magnetic bearings itself. "Identification for control" - joint optimization of system identification and controller design- is proposed to get the limited-order model which is suited for the design of high-performance controller. We applied the joint identification/controller design scheme to MIMO rigid rotor system supported by magnetic bearings. Firs, we designed controller of a nonlinear simulation model of MIMO magnetic bearing system with this scheme and proved its feasibility. Then, we performed experiments on MIMO rigid rotor system supported by magnetic bearings, and the performance of closed-loop system is improved gradually during the iteration.
The socket-spigot template supporting system is widely used in engineering applications in China. As a newer type of support structure, there has been growing research interest in its bearing capacity. In this paper, four vertical bearing capacity tests were carried out on the basic mechanical unit frame of a socket-spigot template supporting system. The first goal was to explore the influence of the node semi-rigid degree and the longitudinal spacing of the upright tube on the vertical bearing capacity. The second objective was to analyze the displacement trend and the failure mode during the loading process. This paper presents numerical analysis of the vertical bearing capacity of the unit frames using the finite element software ANSYS. It revealed the relationship between the node semi-rigid degree and the vertical bearing capacity, that the two-linear reinforcement model of elastic-plastic material can be used to analyze the socket-spigot template supporting system, and, through node entity model analysis, that the load transfer direction greatly influences the node bearing area. Finally, this paper indicates the results of on-site application performance experiments, shows that the supporting system has adequate bearing capacity and stability, and comments on the common work performance of a socket and fastener scaffold.
In this paper. the dynamic characteristics of a super high-speed tilting-pad air bearing(TPGB) used in a turbo expander with high expansion ratio are analyzed. The dynamic behavior and stability of a rotary system supported by two journal air bearings are investigated numerically. The transient response of the shaft is obtained by simultaneously solving the equation of motion of the shaft and the dynamic Reynolds equation. The stiffness and damping coefficients of the bearing are calculated from the loading coefficients of the bearing are calculated from the loading capacity. shaft velocity and displacement by using a curve fitting method. The natural frequencies of the 1st and 2nd rigid modes can be calculated from these coefficients. The theoretical method of a rigid rotor system is verified by experimentsut.
In tilting pad bearing design process, the selection of the proper configuration type of either a load-between-pad(LBP) or load-on-pad(LOP) as well as preload and pivot offset conditions is to be carefully considered. Also the bearing needs to be designed in order to be suited for the rotor-bearing system and operating condition. In this paper, it is observed that the dynamic characteristics in a five pad tilting pad bearing for the LBP and the LOP configurations are influenced by the variation of preload and pivot offset. In this context, rotor dynamic analysis of the 5 MW industrial gas turbine supported by the tilting pad bearing at the front and roller bearing at the rear is carried out based on the dynamic coefficients of the tilting pad bearing investigated. The result shows that two rigid body critical modes experience various changes according to the influence of the tilting pad bearing uniquely applied to one side of this machine. Mainly, the second critical speed, the rigid body mode of conical shape with high whirling in the tilting pad bearing, is significantly changed by preload and pivot offset regardless of the LBP and LOP configurations. And, the first critical mode, the rigid body mode of conical shape with high whirling in the roller bearing, is sensitively affected by preload applied to the LOP configuration and by its asymmetric dynamic properties.
In tilting pad bearing design process, the selection of the proper configuration type of either a Load-Between-Pad (LBP) or Load-On-Pad (LOP) as well as preload and pivot offset conditions is to be carefully considered. Also the bearing needs to be designed in order to be suited for the rotor-bearing system and operating condition. In this paper, it is observed that the dynamic characteristics in a 5 pad tilting pad bearing for the LBP and the LOP configurations are influenced by the variation of preload and pivot offset. In this context, rotor dynamic analysis of the 5MW industrial gas turbine supported by the tilting pad bearing at the front and roller bearing at the rear is carried out based on the dynamic coefficients of the tilting pad bearing investigated. The result shows that two rigid body critical modes experience various changes according to the influence of the tilting pad bearing uniquely applied to one side of this machine. Mainly, the second critical speed, the rigid body mode of conical shape with high whirling in the tilting pad bearing, is significantly changed by preload and pivot offset regardless of the LBP and LOP configurations. And, the first critical mode, the rigid body mode of conical shape with high whirling in the roller bearing, is sensitively affected by preload applied to the LOP configuration and by the its asymmetric dynamic properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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