The dynamic performance of air foil bearings relies on a coupling between a thin air film and an elastic foil structure. A number of successful analytical techniques to predict dynamic performance have been developed. However, the evaluation of its dynamic characteristic is still not enough because of the mechanical complexity of the foil structure and strong nonlinear behavior of friction force. This work presents a nonlinear transient analysis method to predict dynamic performance of foil bearings. In this method, time dependent Reynolds equation is used to calculate pressure distribution and a finite element method is used to model the bump foil structure. The analysis is treated with a direct implicit integration technique that can handle nonlinear problems and the stick-slip algorithm is used to consider friction force. Using this method the response to the mass unbalance excitation is investigated for various design parameters and operating conditions. The results of analysis show that foil bearing is very effective on the restriction of vibration at the resonance frequency compared to the rigid surface bearings and the effectiveness depends on the operating conditions, static load and a amount of mass unbalance. In addition, there exist optimum values of friction coefficient, bump foil stiffness and number of circumferential slit with regards to minimizing dynamic response at the resonance frequency. These optimum values are system dependent.
Kim, KwangYoon;Park, SukHee;Lee, HanBit;Lee, NakGyu;Yoon, JongHun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.6
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pp.553-560
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2017
3D printing technology has been a great interest in human bio-interfaces and human-like robotics since they require arbitrary and adaptive manufacturing. This research mainly concerns the 3D fabrication of a packed biosensor using elastomeric sheets made of PDMS. It is essential to design the PDMS molding with 3D printing since, in the case of biosensors, it should not only produce a conformal shape depending on an arbitrary skin surface but also guarantee a uniform thickness distribution during solidification in the PDMS prepolymer solution. To satisfy the characteristics of the PDMS molding, such as flexibility in the de-molding and stiffness in the solidification processes, multi-materials have been selectively applied to the PDMS molding design, which has been validated with finite element analyses and compared with the 3D printed molding.
Tounsi, Abdelouahed;Al-Dulaijan, S.U.;Al-Osta, Mohammed A.;Chikh, Abdelbaki;Al-Zahrani, M.M.;Sharif, Alfarabi;Tounsi, Abdeldjebbar
Steel and Composite Structures
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v.34
no.4
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pp.511-524
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2020
In this research, a simple four-variable trigonometric integral shear deformation model is proposed for the static behavior of advanced functionally graded (AFG) ceramic-metal plates supported by a two-parameter elastic foundation and subjected to a nonlinear hygro-thermo-mechanical load. The elastic properties, including both the thermal expansion and moisture coefficients of the plate, are also supposed to be varied within thickness direction by following a power law distribution in terms of volume fractions of the components of the material. The interest of the current theory is seen in its kinematics that use only four independent unknowns, while first-order plate theory and other higher-order plate theories require at least five unknowns. The "in-plane displacement field" of the proposed theory utilizes cosine functions in terms of thickness coordinates to calculate out-of-plane shear deformations. The vertical displacement includes flexural and shear components. The elastic foundation is introduced in mathematical modeling as a two-parameter Winkler-Pasternak foundation. The virtual displacement principle is applied to obtain the basic equations and a Navier solution technique is used to determine an analytical solution. The numerical results predicted by the proposed formulation are compared with results already published in the literature to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed theory. The influences of "moisture concentration", temperature, stiffness of foundation, shear deformation, geometric ratios and volume fraction variation on the mechanical behavior of AFG plates are examined and discussed in detail.
The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.
Recently, transition from open pit to underground mining in limestone mines is an increasing trend in Korea due to environmental issues such as noise, dust and vibrations caused by crushers and equipment. The severe damages in the surrounding rock mass of underground opening caused by explosive blasting may lead to rock fall hazards or casualties. It is well known that variables which mainly affect blast-induced rock falls in underground mining are: blast vibration level, joint orientation and distribution and shape of the cross sections of underground structures. In this study, UDEC program, which is a DEM code, is used to simulate blast vibration-induced rock fall in underground openings. Variation of joint space, joint angle and joint normal stiffness was considered to investigate the effect of joint characteristics on the blast vibration-induced rock fall in underground opening. Finally, jointed rock mass models considering blast-induced damage zone were examined to simulate the critical blast vibration value which may cause rock falls in underground opening.
Kim, Hyo-Jin;Park, Sang-il;Bae, Gi-Hoon;Lee, Sang-Ho
Journal of Korean Society of societal Security
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v.3
no.1
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pp.33-42
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2010
This study predicts the stress history for truss bridge with local damages by using global-local model combination method. For this end, the global structure is modeled by 3D frame elements and the selected local details are modeled by shell elements. Then superposition principle enable the global-local model to be combined interactively. Because the frame model cannot consider the rigidity of gusset plate and the interation of structural members due to the complexity of stress distribution in truss connection. The section modification factors are proposed to calibrate the stiffness of global frame element. The global-local model combination is verified by comparing the numerical results with experimental data obtained from the proof loading test to the operating truss bridge. Furthermore, stress histrories of the truss bridge are generated in the consideration of the rigidity of truss connection with local damage by using the combination method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.181-190
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2003
The convergence-confinement method is an attempt to evaluate tunnel stability conditions by means of a mathematical model and a ground response curve. In this study, the convergence-confinement method by numerical model was examined. This method don't need the basic assumptions for a mathematical model. Also This is applicable to general tunnel. According to the results of this study, the change of shotcrete stiffness and the load-distribution ratio used for 2-Dimension numerical analysis are not signficant factors. The ground response curve and the support reaction curve are mutually dependent. Especially the support reaction curve depends upon the ground response curve. The mechanism of tunnel must be analyzed by the interaction between support and ground. Consequently the stability of tunnel must be qualitatively investigated by a ground response curve and quantitatively adjudged by a numerical analysis for the reasonable design of tunnel.
Deep excavation increases utility of underground spaces for high buildings. subways etc. To excavate vertically the underground, safe earth retaining walls and supporting systems should be prepared. Recently anchors have been used to support the excavation wall. The anchored excavation has some advantages toprovide working space for underground construction. In this paper the prestressed anchor loads were measured by load cells which attacted to the anchors to support the excavation walls at eight construction fields. where under-ground deep excavation was performed on cohesionless soils. The lateral pressures on the retaining walls, which are estimated from the measured anchor forces, shows a trapezoidal distribution that the pressure increases linearly with depth from the ground surface to 30% of the excavation depth and then keeps constant value regardless of the stiffness of the walls. The maximum lateral pressure was same to 63% of the Ranking active earth pressure or 17% of the vertical overburden pressure at the final depth The investigation of the measured lateral pressure on the anchored excavation walls shows that empirical earth pressure diagram presented by Terzaghi-Peck and Tschebotarioff could be applied with some modifications to determine anchor loads for the anchored excavation in cohesionless soils.
Dutta, Sekhar Chandra;Murty, C.V.R.;Jain, Sudhir K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.9
no.6
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pp.615-636
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2000
Some elevated water tanks have failed due to torsional vibrations in past earthquakes. The overall axisymmetric structural geometry and mass distribution of such structures may leave only a small accidental eccentricity between centre of stiffness and centre of mass. Such a small accidental eccentricity is not expected to cause a torsional failure. This paper studies the possibility of amplified torsional behaviour of elevated water tanks due to such small accidental eccentricity in the elastic as well as inelastic range; using two simple idealized systems with two coupled lateral-torsional degrees of freedom. The systems are capable of retaining the characteristics of two extreme categories of water tanks namely, a) tanks on staging with less number of columns and panels and b) tanks on staging with large number of columns and panels. The study shows that the presence of a small eccentricity may lead to large displacement of the staging edge in the elastic range, if the torsional-to-lateral time period ratio $({\tau})$ of the elevated tanks lies within a critical range of 0.7< ${\tau}$ <1.25. Inelastic behaviour study reveals that such excessive displacement in some of the reinforced concrete staging elements may cause unsymmetric yielding. This may lead to progressive strength deterioration through successive yielding in same elements under cyclic loading during earthquakes. Such localized strength drop progressively develop large strength eccentricity resulting in large localized inelastic displacement and ductility demand, leading to failure. So, elevated water tanks should have ${\tau}$ outside the said critical range to avoid amplified torsional response. The tanks supported on staging with less number of columns and panels are found to have greater torsional vulnerability. Tanks located near faults seem to have torsional vulnerability for large ${\tau}$.
Characterization tests (load vs. displacement curve) are conducted for the springs of Zirconium alloy spacer grids for an advanced LWR fuel assembly. Twofold testing is employed: strap-based and assembly-based tests. The assembly-based test satisfies the in situ boundary conditions of the spring within the grid assembly. The aim of the characterization test via the aforementioned two methods is to establish an appropriate assembly-based test method that fulfills the actual boundary conditions. A characterization test under the spacer grid assembly boundary condition is also conducted to investigate the actual behavior of the spring in the core. The stiffness of the characteristic curve is smaller than that of the strap-wised boundary condition. This phenomenon may cause the strap slit condition. A spacer grid consists of horizontal and vertical straps. The strap slit positions are differentiated from each other. They affords examination of the variation of the external load distribution in the grid spring. Localized legions of high stress and their values are analyzed, as they may be affected by the spring shape. Through a comparison of the results of the test and FE analysis, it is concluded that the present assembly-based analysis model and procedure are reasonably well conducted and can be used for spring characterization in the core. Guidelines for improving the mechanical integrity of the spring are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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