Graphene is one of the strongest, stiffest, and lightest nanoscale materials known to date, making it a potentially viable and attractive candidate for developing lightweight structural composites to prevent high-velocity ballistic impact, as commonly encountered in defense and space sectors. In-plane twist in bilayer graphene has recently revealed unprecedented electronic properties like superconductivity, which has now started attracting the attention for other multi-physical properties of such twisted structures. For example, the latest studies show that twisting can enhance the strength and stiffness of graphene by many folds, which in turn creates a strong rationale for their prospective exploitation in high-velocity impact. The present article investigates the ballistic performance of twisted bilayer graphene (tBLG) nanostructures. We have employed molecular dynamics (MD) simulations, augmented further by coupling gaussian process-based machine learning, for the nanoscale characterization of various tBLG structures with varying relative rotation angle (RRA). Spherical diamond impactors (with a diameter of 25Å) are enforced with high initial velocity (Vi) in the range of 1 km/s to 6.5 km/s to observe the ballistic performance of tBLG nanostructures. The specific penetration energy (Ep*) of the impacted nanostructures and residual velocity (Vr) of the impactor are considered as the quantities of interest, wherein the effect of stochastic system parameters is computationally captured based on an efficient Gaussian process regression (GPR) based Monte Carlo simulation approach. A data-driven sensitivity analysis is carried out to quantify the relative importance of different critical system parameters. As an integral part of this study, we have deterministically investigated the resonant behaviour of graphene nanostructures, wherein the high-velocity impact is used as the initial actuation mechanism. The comprehensive dynamic investigation of bilayer graphene under the ballistic impact, as presented in this paper including the effect of twisting and random disorder for their prospective exploitation, would lead to the development of improved impact-resistant lightweight materials.
The need for non-destructive testing and evaluation of Korean traditional wooden buildings is increasing because of their widespread deterioration. Among all types of deterioration, termite damage in wooden columns is the most difficult to detect with the naked eye because it starts inside the wood, and the initial deterioration is small. X-ray computed tomography (CT) is the best technology to investigate the inner state of wood that has less damage, but applying it to wooden columns between walls is challenging. Therefore, the feasibility of tomosynthesis, which is a method to reconstruct a coronal section of a subject with a few X-ray projections from a limited angle of rotation, was studied as an alternative to CT. Pine (P. densiflora) with three artificial holes was prepared as a specimen to evaluate the quality of reconstructed tomosynthesis images according to the different number of projections. The quality of the tomosynthesis images in the in-focus plane was evaluated using the contrast-to-noise ratios, while a vertical resolution between the images was assessed by determining the artificial spread function. The quality of the tomosynthesis image in the in-focus plane increased as the number of projections increased and then remained constant as the number of projections reached 21 or over. In the case of vertical resolution, there was no significant difference when 21 projections or more were used to reconstruct the images. A distinct difference between coronal section images was found when the distance was more than 10 mm from one plane to another plane.
Steel-reinforced concrete (SRC) L-shaped column is the vertical load-bearing member with high spatial adaptability. The seismic behavior of SRC L-shaped column is complex because of their irregular cross sections. In this study, the hysteretic performance of six steel truss reinforced concrete L-shaped columns specimens under the combined loading of compression, bending, shear, and torsion was tested. There were two parameters, i.e., the moment ratio of torsion to bending (γ) and the aspect ratio (column length-to-depth ratio (φ)). The failure process, torsion-displacement hysteresis curves, and bending-displacement hysteresis curves of specimens were obtained, and the failure patterns, hysteresis curves, rigidity degradation, ductility, and energy dissipation were analyzed. The experimental research indicates that the failure mode of the specimen changes from bending failure to bending-shear failure and finally bending-torsion failure with the increase of γ. The torsion-displacement hysteresis curves were pinched in the middle, formed a slip platform, and the phenomenon of "load drop" occurred after the peak load. The bending-displacement hysteresis curves were plump, which shows that the bending capacity of the specimen is better than torsion capacity. The results show that the steel truss reinforced concrete L-shaped columns have good collapse resistance, and the ultimate interstory drift ratio more than that of the Chinese Code of Seismic Design of Building (GB50011-2014), which is sufficient. The average value of displacement ductility coefficient is larger than rotation angle ductility coefficient, indicating that the specimen has a better bending deformation resistance. The specimen that has a more regular section with a small φ has better potential to bear bending moment and torsion evenly and consume more energy under a combined action.
본 연구는 국내에서 주로 사용되는 강구조 보-기둥 접합상세와 논스캘럽접합상세의 내진성능을 비교하기 위해 실대형 정적반복실험과 실험과 동일한 모델링 통한 FEM해석을 진행하였다. 정량적인 수치비교를 위해 이전연구에서 사용된 변형률집중지수와 모멘트전달효율을을 인용하였다. 보 웨브의 용접면적 감소에 따라 플랜지 부분의 변형률이 증가되어 회전각에 따른 소성변형능력이 감소되거나 취성파단이 일어나는 현상을 보였다. 해석결과와 실험결과 비교시 H형 전체단면적에 대한 웨브 용접비가 60%이하로 떨어질 경우 취성파단이 일어날 가능성이 높아지는 경향이 나타났다.
Purpose : This study was conducted to investigate the changes in trunk movement and ground reaction during sit to stand motion using visual feedback. Methods : Fifteen adults (average age: 23.53±1.77 years) participated in this study. An infrared reflective marker was attached to the body each participant for motion analysis, and the participants performed sit to stand motion while wearing a hat attached with a laser pointer, which provided visual feedback. First, the sit to stand action was repeated thrice without obtaining any visual feedback, followed by a three minute break. Next, the laser pointers attached to hats were irradiated on a whiteboard, located at a distance of 5 m in front of the chairs, on which the participants sat; a baseline was set, and the participants performed stand up movements three times under this condition. A visual feedback was provided to the participants to prevent the laser pointers from crossing the set baseline. During each stand-up movement, the position of the reflective marker attached to the subject's body was recorded in real time using an infrared camera for motion analysis. The trunk movement and ground reaction force were extracted through recorded data and analyzed according to the presence or absence of visual feedback. Results : The results indicated that in the presence of a visual feedback during the sit-to-stand movements, the range of motion of the trunk and hip joints decreased, whereas that of the knee and ankle joints increased in the sagittal plane. The rotation angle of the trunk in the horizontal plane decreased. The left and right movement speed of the center of pressure increased, the pressing force decreased, and the forward and backward movement speed of the trunk decreased. Conclusion : The results suggest that the efficiency and stability of the stand up movement of a body increase when a visual feedback is provided.
Hao Dong;Yue Bi;Bing-Xing Ren;Zhen-Bin Liu;Yue, Li
Structural Engineering and Mechanics
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제88권4호
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pp.389-403
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2023
In order to explore the influence of tooth root cracks on the dynamic characteristics of multi-stage planetary gear transmission systems, a concentrated parameter method was used to construct a nonlinear dynamic model of the system with 30-DOF in bending and torsion, taking into account factors such as crack depth, length, angle, error, time-varying meshing stiffness (TVMS), and damping. In the model, the energy method was used to establish a TVMS model with cracks, and the influence of cracks on the TVMS of the system was studied. By using the Runge- Kutta method to calculate the differential equations of system dynamics, a series of system vibration diagrams containing cracks were obtained, and the influence of different crack parameters on the vibration of the system was analyzed. And vibration testing experiments were conducted on the system with planetary gear cracks. The results show that when the gear contains cracks, the TVMS of the system will decrease, and as the cracks intensify, the TVMS will decrease. When cracks appear on the II-stage planetary gear, the system will experience impact effects with intervals of rotation cycles of the II-stage planetary gear. There will be obvious sidebands near the meshing frequency doubling, and the vibration trajectory of the gear will also become disordered. These situations will become more and more obvious as the degree of cracks intensifies. Through experiments, the theoretical results are in good agreement with experimental results, verifying the correctness of the theoretical model. This provides a theoretical basis for fault diagnosis and reliability research of the system.
In this study, an FPGA-based sealer inspection system was developed to inspect the sealer applied to install vehicle glass on a car body. The sealer is a liquid or paste-like material that promotes adhesion such as sealing and waterproofing for mounting and assembling vehicle parts to a car body. The system installed in the existing vehicle design parts line does not detect the sealer in the glass rotation section and takes a long time to process. This study developed a line laser camera sensor and an FPGA vision signal processing module to solve this problem. The line laser camera sensor was developed such that the resolution and speed of the camera for data acquisition could be modified according to the irradiation angle of the laser. Furthermore, it was developed considering the mountability of the entire system to prevent interference with the sealer ejection machine. In addition, a vision signal processing module was developed using the Zynq-7020 FPGA chip to improve the processing speed of the algorithm that converted the profile to the sealer shape image acquired from a 2D camera and calculated the width and height of the sealer using the converted profile. The performance of the developed sealer application inspection system was verified by establishing an experimental environment identical to that of an actual automobile production line. The experimental results confirmed the performance of the sealer application inspection at a level that satisfied the requirements of automotive field standards.
Ho-Jong Gil;Jin Joo Yang;Jong Chul Park;Young Sun Lee;Jae Myoung Park
한국운동역학회지
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제33권4호
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pp.175-184
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2023
Objective: The purpose of this study is to investigate the effects of human motion and javelin kinematics during the energy transfer in javelin throwing on records, and to provide evidence-based training insights for athletes and coaches to enhance records. Method: Three javelin throw athletes (age: 22.67 ± 0.58 years, height: 178.33 ± 7.37 cm, weight: 83.67 ± 1.15 kg) were recruited for this study. Each athlete attempted ten maximum record trials, and the kinematic data from each performance were analyzed to determine their influence on the records. The Theia3d Markerless system was used for motion analysis. Results: Key factors were modeled and identified at each moment. In E1, main variables were COM Y (𝛽 8.162, p<.05) and COM velocity Z (𝛽 -72.489, p<.05); in E2, COM X (𝛽 -17.604, p<.05); in E3, COM X (𝛽 -18.606, p<.05), COM velocity Y (𝛽 38.694, p<.05), and COM velocity X (𝛽 66.323, p<.05). For the javelin throw dynamics in E3, key determinants were Attitude angle and Javelin velocity in the Y-axis. Conclusion: The study reveals that controlled vertical movement, center of mass management during braking, and enhanced pelvic rotation significantly improve javelin throw performance. These kinematic strategies are critical for record enhancement in javelin throwing.
Beam-column joints in the frame structure are at high risk of brittle shear failure which would lead to significant residual deformation and even the collapse of the structure during an earthquake. In order to improve the damage issue and enhance the recoverability of the beam-column joints, a sector lead rubber damper (SLRD) has been developed. The SLRD can increase the bearing capacity and energy dissipation capacity, and also demonstrating recoverability of seismic performance following cyclic loading. In this paper, the hysteretic behavior of SLRD was experimentally investigated in terms of the regular hysteretic behavior, large deformation behavior and fatigue behavior. Furthermore, a parametric analysis was performed to study the influence of the primary design parameters on the hysteretic behavior of SLRD. The results show that SLRD resist the exerted loading through the shear capacity of both rubber parts coupled with the lead cores in the pre-yielding stage of lead cores. In the post-yielding phase, it is only the rubber parts of the SLRD that provide the shear capacity while the lead cores primarily dissipate the energy through shear deformation. The SLRD possesses a robust capacity for large deformation and can sustain hysteretic behavior when subjected to a loading rotation angle of 1/7 (equivalent to 200% shear strain of the rubber component). Furthermore, it demonstrates excellent fatigue resistance, with a degradation of critical behavior indices by no more than 15% in comparison to initial values even after 30 cycles. As for the designing practice of SLRD, it is recommended to adopt the double lead core scheme, along with a rubber material having the lowest possible shear modulus while meeting the desired bearing capacity and a thickness ratio of 0.4 to 0.5 for the thin steel plate.
Background: This study aimed to investigate the effect of elastic band-resistive exercise using audio-visual medium on pain, proprioception, and motor function in adults with chronic neck and shoulder pain. Design: One group pretest-posttest follow-up experimental design. Method: Twenty adult women with neck and shoulder pain voluntarily participated in this study. Elastic band-resistive exercise using audio-visual medium including cervical flexion and extension, shoulder external rotation, and scapular retraction-protraction motions was conducted 5 times a week for 3 weeks. The Numerical Rating Scale, pressure threshold tool, CROM goniometer, and Image J software were used to assess subjective pain level, tenderness threshold (pain), joint position sense error (proprioception), joint range of motion, and postural alignment (motor function), respectively. Result:: The pain intensity and threshold and joint position sense error showed significant decreases after the intervention, whereas the joint range of motion angle revealed significant increases. The postural alignment including forward head posture and rounded shoulder revealed significant improvements after the intervention. Conclusions: Therefore, we suggest that elastic band-resistive exercise through audio-visual medium would be helpful in preventing and managing pain and physical dysfunction in individuals with chronic neck and shoulder pain, and then it would support the development of health management-related online education content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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