We analyzed the destruction patterns of a turbo-molecular pump (TMP) resulting from its sudden exposure of a foreline to the atmospheric pressure due to a destruction of the foreline connecting clamp of an ICP dry etcher for 300 mm wafers during high-vacuum operation ($5{\times}10^{-6}$ Torr). Unlike in the case of view port's breakage, the TMP's rotor module was crashed inside the chamber. The primary damage resulted from the collision of the blades and stators, and the secondary damage resulted from the breaking of the rotor - driving shaft assembly. The fixing screws of the rotor and axial shaft were bent and broken when the TMP controller output the maximum current even after the crash event. Electrical power consumption analysis of the TMP power controller confirmed it. The stress distributions were analyzed by a finite element method using CFD-ACE+ multi physics software. Rotating inertia of each parts and kinetic energies were calculated as well. 68% of the rotational kinetic energy is deposited by the rotor - shaft module.
Modern high-performance automotive turbochargers (TCs) implement ceramic hybrid angular contact ball bearings in series with squeeze film dampers (SFDs) to enhance transient responses, thereby reducing the overall emission levels. The current study predicts the rotordynamic responses of the commercial automotive TCs (compressor wheel diameter = ~53 mm, turbine wheel diameter = ~43 mm, and shaft diameter at the bearing locations = ~7 mm) supported on ball bearings and SFDs for various design parameters of SFDs, including radial clearance, axial length, lubricant viscosity, and rotor imbalance conditions (i.e., amplitudes and phase angles) while increasing rotor speed up to 150 krpm. This study validates the predictive rotor finite element model against measurements of mass, polar and transverse moments of inertia, and free-free mode natural frequencies and mode shapes. A nonlinear rotordynamic model integrates nonlinear force coefficients of SFDs to calculate the transient responses of the TC rotor-bearing system. The predicted results show that SFD radial clearances, as well as phase angles of rotor imbalances, have the paramount effect on the dynamic responses of TC shaft motions.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.17-23
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1990
When a thin walled member is subjected to compression in a condition such as collision, the energy is mainly absorbed by axial crumpling. In this case, dynamic crushing strength of the member is increased due to the effects of strain-rate compared with the static strength, even though the inertia effect is neglected. In this paper, the method of predicting the static crushing for tubular members is presented using the kinematic method of plasticity. Since, a predicted crushing load, taking account of the dynamic yield stress, usually overestimates the effects of strain-rate, the average plastic flow stress for the effects of strain-rate is used to obtain the dynamic crushing load for tubular members. The analytical results are compared with the experiments published in references, and a good correlation is observed.
The dynamic response of buried pipelines has gained considerable importance because these pipelines perform vital role in conducting energy, water, communication and transportation. After realizing the magnitude of damage, and hence, the human uncomfort and the economical losses, researchers have paid sincere attention to this problem. A number of papers have appeared in the past which discuss the different aspects of the problem. This paper presents a theoretical analysis of non-axisymmetric dynamic response of buried orthotropic cylindrical shell subjected to a moving load along the axis of the shell. The orthotropic shell has been buried in a homogeneous, isotropic and elastic medium of infinite extent. A thick shell theory including the effects of rotary inertia and shear deformation has been used. A perfect bond between the shell and the surrounding medium has been assumed. Results have been obtained for very hard (rocky), medium hard and soft soil surrounding the shell. The effects of shell orthotropy have been brought out by varying the non-dimensional orthotropic parameters over a long range. Under these conditions the shell response is studied in axisymmetric mode as well as in the flexural mode. It is observed that the shell response is significantly affected by change in orthotropic parameters and also due to change of response mode. It is observed that axial deformation is large in axisymmetric mode as compared to that in flexural mode.
An efficient one dimensional finite element model has been presented for the dynamic analysis of composite laminated beams, using the efficient layerwise zigzag theory. To meet the convergence requirements for the weak integral formulation, cubic Hermite interpolation is used for the transverse displacement ($w_0$), and linear interpolation is used for the axial displacement ($u_0$) and shear rotation (${\psi}_0$). Each node of an element has four degrees of freedom. The expressions of variationally consistent inertia, stiffness matrices and the load vector are derived in closed form using exact integration. The formulation is validated by comparing the results with the 2D-FE results for composite symmetric and sandwich beams with various end conditions. The employed finite element model is free of shear locking. The present zigzag finite element results for natural frequencies, mode shapes of cantilever and clamped-clamped beams are obtained with a one-dimensional finite element codes developed in MATLAB. These 1D-FE results for cantilever and clamped beams are compared with the 2D-FE results obtained using ABAQUS to show the accuracy of the developed MATLAB code, for zigzag theory for these boundary conditions. This comparison establishes the accuracy of zigzag finite element analysis for dynamic response under given boundary conditions.
This paper focuses on the design of a flux-biased rotary electromagnetic actuator with compact structure for fast steering mirror (FSM). The actuator has high force density and its torque output shows linear dependence on both excitation current and rotation angle. Benefiting from a new electromagnetic topology, no additional axial force is generated and an armature with small moment of inertia is achieved. To improve modeling accuracy, the actuator is modeled with flux leakage taken into account. In order to achieve an FSM with good performance, a design methodology is presented. The methodology aims to achieve a balance between torque output, torque density and required coil magnetomotive force. By using the design methodology, the actuator which will be used to drive our FSM is achieved. The finite element simulation results validate the design results, along with the concept design, magnetic analysis and torque output model.
The free vibration characteristics of corrugated laminated composite plates with axial stiffeners is investigated using the Rayleigh-Ritz method. The plate is stiffened by beams with open cross-section area. The equivalent homogenization model is used for the corrugated laminated composite plates. This homogenization model is treated a corrugated plate as an orthotropic plate that has different material properties in two perpendicular directions. The motion of equivalent plate is represented on the basis of the first order shear deformation theory (FSDT) to account for the effect of rotary inertia and transverse shear deformation. Stiffeners are considered as discrete elements to predict the local vibration mode to be generated by the presence of stiffeners. To validate the proposed analytical approach, natural frequencies and vibration mode shapes from the analytical method are compared with those from the FEA by ANSYS.
Reyes-Salazar, Alfredo;Ruiz, Sonia E.;Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan;Llanes-Tizoc, Mario D.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.2
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pp.217-243
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2016
The linear and nonlinear seismic responses of steel buildings with perimeter moment resisting frames and welded connections (WC) are estimated and compared with those of buildings with post-tensioned connections (PC). Two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) structural representations of the buildings as well as global and local response parameters are considered. The seismic responses and structural damage of steel buildings with PC may be significantly smaller than those of the buildings with typical WC. The reasons for this are that the PC buildings dissipate more hysteretic energy and attract smaller inertia forces. The response reduction is larger for global than for local response parameters. The reduction may significantly vary from one structural representation to another. One of the main reasons for this is that the energy dissipation characteristics are quite different for the 2D and 3D models. In addition, in the case of the 3D models, the contribution of each horizontal component to the axial load on an specific column may be in phase each other during some intervals of time, but for some others they may be out of phase. It is not possible to observe this effect on the 2D structural formulation. The implication of this is that 3D structural representation should be used while estimating the effect of the PC on the structural response. Thus, steel frames with post-tensioned bolted connections are a viable option in high seismicity areas due to the fact that brittle failure is prevented and also because of their reduced response and self-centering capacity.
In the design of tall reinforced concrete (R/C) buildings, the serviceability stiffness criteria in terms of maximum lateral displacement and inter-story drift must be satisfied to prevent large second-order P-delta effects. To accurately assess the lateral deflection and stiffness of tall R/C structures, cracked members in these structures need to be identified and their effective member flexural stiffness determined. In addition, the implementation of the geometric nonlinearity in the analysis can be significant for an accurate prediction of lateral deflection of the structure, particularly in the case of tall R/C building under lateral loading. It can therefore be important to consider the cracking effect together with the geometric nonlinearity in the analysis in order to obtain more accurate results. In the present study, a computer program based on the iterative procedure has been developed for the three dimensional analysis of reinforced concrete frames with cracked beam and column elements. Probability-based effective stiffness model is used for the effective flexural stiffness of a cracked member. In the analysis, the geometric nonlinearity due to the interaction of axial force and bending moment and the displacements of joints are also taken into account. The analytical procedure has been demonstrated through the application of R/C frame examples in which its accuracy and efficiency in comparison with experimental and other analytical results are verified. The effectiveness of the analytical procedure is also illustrated through a practical four story R/C frame example. The iterative procedure provides equally good and consistent prediction of lateral deflection and effective flexural member stiffness. The proposed analytical procedure is efficient from the viewpoints of computational effort and convergence rate.
In this study, as part of the development of an autonomous flying personal aircraft, an equivalent model of the main wing assembly of an Optionally Piloted Personal Air Vehicle (OPPAV) was developed. Reliability of the developed equivalent model was verified by eigenvalue analysis. The main wing assembly consisted of a main wing, an inboard pod, and an outboard pod. First, for developing an equivalent model of each component, components to produce the equivalent model were divided into several sections. Nodes were then created on the axis of the equivalent model at both ends of each section. In addition, static analysis with unit force and unit moment was performed to calculate the deformation or the amount of rotation at the node to be used in the equivalent model. Equivalent axial, bending, and torsional stiffness of each section were calculated by applying the beam theory. Once the equivalent stiffness of each section was calculated, information of a mass and moment of inertia for each section was entered by creating a lumped mass in the center of each section. An equivalent model was developed using beam element. Finally, the reliability of the developed equivalent model was verified by comparison with results of mode analysis of the fine model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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