In the paper, the authors propose the application of operational deflection shapes (ODS) for the detection of structural changes in technical objects. The ODS matrix is used to formulate the spatial filter that is further used for damage detection as a classical modal filter (Meirovitch and Baruh 1982, Zhang et al. 1990). The advantage of the approach lies in the fact that no modal analysis is required, even on the reference spatial filter formulation and other components apart from structural ones can be filtered (e.g. harmonics of rotational velocity). The proposed methodology was tested experimentally on a laboratory stand, a frame-like structure, excited from two sources: an impact hammer, which provided a wide-band excitation of all modes, and an electro-dynamic shaker, which simulated a harmonic component in the output spectra. The damage detection capabilities of the proposed method were tested by changing the structural properties of the model and comparing the results with the original ones. The quantitative assessment of damage was performed by employing a damage index (DI) calculation. Comparison of the output of the ODS filter and the classical modal filter is also presented and analyzed in the paper. The closing section of the paper describes the verification of the method on a real structure - a road viaduct.
This paper presents a methodology for the stiffness analysis of a low-DOF parallel manipulator. A low-DOF parallel manipulator is a spatial parallel manipulator which has less than six degrees of freedom. The reciprocal screws of actuations and constraints in each leg can be determined by making use of the theory of reciprocal screws, which provide information about reaction forces due to actuations and constraints. When pure force is applied to a leg, the leg stiffness is modeled as a linear spring along the line. For pure couple, it is modeled as a rotational spring about the axis. It is shown that the stiffness model of an F-DOF parallel manipulator consists of F springs related to actuations and 6-F springs related to constraints connected from the moving platform to the base in parallel. The $6{\times}6$ Cartesian stiffness matrix is obtained, which is the sum of the Cartesian stiffness matrices of actuations and constraints. Finally, a 3-UPU parallel manipulator is used as an example to demonstrate the methodology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.680-688
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2005
This paper presents a methodology for the stiffness analysis of a low-DOF parallel manipulator. A low-DOF parallel manipulator is a spatial parallel manipulator which has less than six degrees of freedom. The reciprocal screws of actuations and constraints in each leg can be determined by making use of the theory of reciprocal screws, which provide information about reaction forces due to actuations and constraints. When pure farce is applied to a leg, the leg stiffness is modeled as a linear spring along the line. For pure couple, it is modeled as a rotational spring about the axis. It is shown that the stiffness model of an it_DOF parallel nipulator consists of F springs related to actuations and 6-F springs related to constraints connected from the moving platform to the base in parallel. The 6x f Cartesian stiffness matrix is derived, which is the sum of the Cartesian stiffness matrices of actuations and constraints. Finally, the 3-UPU, 3-PRRR, and Tricept parallel manipulators are used as examples to demonstrate the methodology.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.5
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pp.16-25
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1996
In the present work a rigid-plastic finite element formulation using dynamic explicit time integration scheme is proposed for numerical analysis of auto-body panel stamping processes. The rigid-plastic finite element method based on membrane elements has long been employed as a useful numerical technique for the analysis of sheet metal forming because of its time effectiveness. A damping scheme is proposed in order to achieve a stable solution procedure in dynamic sheet forming problems. In order to improve the drawbacks of the conventional membrane elements, BEAM(abbreviated from Bending Energy Augmented Membrane) elements are employed. Rotational damping and spring about the drilling direction are introduced to prevent a zero energy mode. The lumping scheme is employed for the diagonal mass matrix and linearizing dynamic formulation. A contact scheme is developed by combining the skew boundary condition and the direct trial-and-error method. Computations are carried out for analysis of complicated auto-body panel stamping processes such as forming of an oilpan, a fuel tank and a front fender. The numerical results of explicit analysis are compared with the implicit results with good agreements and it is shown that the explicit scheme requires much shorter computational time, especially when the problem becomes more complicated. It is thus shown that the proposed dynamic explicit rigid-plastic finite element method enables an effective computation for complicated autobody panel stamping processes.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.35
no.1
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pp.54-59
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1999
High-speed electronic digital computers have enabled engineers to employ various numerical discretization techniques for solutions of complex problems. The Finite Element Method is one of the such technique. The Finite Element Method is one of the numerical analysis based on the concepts of fundamental mathematical approximation. Three dimensional plate structures used often in partition of ship, box girder and frame are analyzed by Finite Element Method. In design of structures, the static deflections, stress concentrations and dynamic deflections must be considered. However, these problem belong to geometrically nonlinear mechanical structure analysis. The analysis of each element is independent, but coupling occurs in assembly process of elements. So, to overcome such a difficulty the shell theory which includes transformation matrix and a fictitious rotational stiffness is taken into account. Also, the Mindlin's theory which is considered the effect of shear deformation is used. The Mindlin's theory is based on assumption that the normal to the midsurface before deformation is "not necessarily normal to the midsurface after deformation", and is more powerful than Kirchoff's theory in thick plate analysis. To ensure that a small number of element can represent a relatively complex form of the type which is liable to occur in real, rather than in academic problem, eight-node quadratic isoparametric elements are used. are used.
Three-dimensional Lagrangian fluid finite element is applied to seismic response analysis of an oil storage tank with a floating roof. The fluid element utilized in the present analysis is formulated based on the displacement finite element method considering only volumetric elasticity and its element stiffness matrix is derived by using one-point integration method in order to avoid volumetric locking. The method usually adds a rotational penalty stiffness to satisfy the irrotational condition for fluid motion and modifies element mass matrices through the projected mass method to suppress spurious hourglass-mode appeared in compensation for one-point integration. In the fluid element utilized in the present paper, a small hourglass stiffness is employed. The fluid and structure domains for the objective oil storage tank are modeled by eight-node solid elements and four-node shell elements, respectively, and the transient response of the floating roof structure or the free surface are evaluated by implicit direct time integration method. The results of seismic response analyses are compared with those by other method and the validation of the present analysis using three-dimensional Lagrangian fluid finite elements is shown.
Kim, Byeong-Ho;Lee, Byeong-Ju;Seo, Il-Hong;O, Sang-Rok
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.9
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pp.181-188
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2000
This paper deals with an analysis of the compliance characteristic for effective peg-in-hole task using robot hand without inter-finger coupling. We first observe the fact that some of coupling stiffness elements cannot be planned arbitrary. next we classify the task of inserting a peg-in-a-hole into two contact styles between the peg and the hole. Then we analyze the conditions of the specified stiffness matrix in the operational space to successfully and more effectively achieve the give peg-in-hole task for each case. It is concluded that the location of compliance center on the peg and the coupling stiffness element existing between the translational and the rotational direction play important roles for successful peg-in-hole task. Simulation results are included to verify the feasibility of the analytic results.
Proceedings of the Korea Electromagnetic Engineering Society Conference
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2003.11a
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pp.193-197
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2003
Radar target identification can be achieved by using various radar signatures, such as one-dimensional(1-D) range profile, 2-D radar images, and 1-D or 2-D scattering centers on a target. In this letter, five 1-D scattering center extraction methods are discussed - TLS(Total Least Square)-Prony, Fast Root-MUSIC (Multiple Signal Classification), Matrix-Pencil, GEESE(GEneralized Eigenvalues utilizing Signal-subspace Eigenvalues), TLS-ESPRIT(Total Least Squares - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique), These methods are compared in the context of estimation accuracy as well as a computational efficiency using a noisy data. Finally these methods are applied to the target classification experiment with the measured data in the POSTECH compact range facility.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.2
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pp.117-125
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2015
This paper presents a dynamic modeling method for the indeterminate spindle-bearing system supported by multiple bearings of different types. A spindle-bearing system supported by ball and cylindrical roller bearings is considered. The de Mul's bearing model is extended for calculating ball and cylindrical roller bearing stiffness matrices with inclusion of centrifugal force and gyroscopic moment. The dependence between spindle shaft reaction forces and bearing stiffness is effectively resolved using an iterative approach. The spindle rotor dynamics is established with the Timoshenko beam theory based finite elements. The spindle reaction forces, bearings stiffness and spindle natural frequencies are obtained with taking into account spindle radial load, ball bearing axial preload and rotational speed effects. The developed method is verified by comparing the simulation results with those from a commercial program.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.4
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pp.408-415
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2016
The vehicle attitude and sideslip is critical information to control the vehicle to prevent from unintended motion. Many of estimation strategy use bicycle model or IMU integration, but both of them have limits on application. The main purpose of this paper is development of vehicle orientation estimator which is robust to various vehicle state and road shape. The suggested estimator use 3-axis magnetometer, yaw rate sensor and lateral acceleration sensor to estimate three Euler angles of vehicle. The estimator is composed of two individual observers: First, comparing the known magnetic field and gravity with measured value, the TRIAD algorithm calculates optimal rotational matrix when vehicle is in static or quasi-static condition. Next, merging 3-axis magnetometer with inertial sensors, the extended Kalman filter is used to estimate vehicle orientation under dynamic condition. A validation through simulation tools, Carsim and Simulink, is performed and the results show the feasibility of the suggested estimation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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