Chen-yu Lv;Yuan-cheng Guo;Yong-hui Li;An-di Hu-yan;Wen-min Yao
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.4
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pp.341-352
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2023
Long-short pile composite foundations bear both vertical and horizontal loads in many engineering applications. This study used indoor model tests to determine the horizontal bearing mechanism of a composite foundation with long and short piles under horizontal loads. A custom experimental device was developed to prevent excessive eccentricity of the vertical loading device caused by the horizontal displacement. ABAQUS software was used to analyze the influence of the load size and cushion thickness on the horizontal bearing mechanism. The results reveal that a large vertical load leads to soil densification and increases the horizontal bearing capacity of the composite foundation. The magnitude of the horizontal displacement of the pile and the horizontal load borne by the pile are related to the piles' positions. Due to different pile lengths, the long piles exhibit long pile effects and experience bending deformation, whereas the short piles rotate around a point (0.2 L from the pile bottom) as the horizontal load increases. Selecting a larger cushion thickness significantly improves the horizontal load sharing capacity of the soil and reduces the horizontal displacement of the pile top.
Automotive wheel bearings are a critical component of vehicles that support their weight and facilitate rotation. Life and stiffness are significant performance characteristics of wheel bearings. Designing wheel bearings involves finding optimal design variables that satisfy both performances. CO2 emission reduction and fuel efficiency regulations attribute to the recent increase in design requirements for lightweight and compact automotive parts while maintaining performance. However, achieving a design that maintains performance while reducing weight poses challenges, as performance and weight are generally inversely proportional. In this study, we perform design optimization of automotive wheel bearings considering life and stiffness. We develop a program that calculates the basic rated life and modified rated life based on international standards for evaluating the life of wheel bearings. We develop a regression equation using regression analysis to address the time-consuming stiffness analysis during repetitive analysis. We perform ANOVA and main effect analyses to understand the statistical characteristics of the developed regression equation. Furthermore, we verify its reliability by comparing the predicted and test results. We perform design optimization using the developed life prediction program, stiffness regression equation and weight regression equation. We select bearing specifications and geometry as design variables, weight as the cost function, and life and stiffness as constraints. Through design optimization, we investigate the influence of design variables on the cost function and constraints by comparing the initial and optimal design values.
This study investigates the structural characteristics of oil-free, gas beam foil journal bearings (GBFJBs) for use in high speed motors. Mathematical modeling was carried out, and reaction force modeling for static load was performed to predict the structural characteristics of the GBFJB. Mathematical modeling and reaction force modeling for static load are performed to predict the structural characteristics of GBFJBs. The reaction force of the test bearing against static loads was measured during experiments and compared with the predicted results. The measured experimental data reveal the nonlinear stiffness characteristics of the GBFJB against varying displacement and agree well with the predictions. Dynamic load tests using an exciter allow to identify the vibration characteristics of the GBFJB. Test results show that the vibration displacement, dynamic force, and acceleration measured on the test bearing are most dominant at the applied dynamic load (synchronization) frequency. Futhermore, the test results show that the hysteresis area recorded during the dynamic tests increases with the excitation amplitude and frequency, and that the beam stick phenomena occurr at high excitation frequencies. The single degree of freedom (DOF) vibration model aids to identify the stiffness and damping coefficient of the GBFJB, which decrease as the excitation frequency increases.
The purpose of this study was to investigate the effect of the involved lower limb weight bearing training on symmetrical weight supporting rate improvement and gait characteristics of patients with hemiplegia including their gait velocity, cadence, stride length, step length of the non affected side, step length of the affected side, foot angle of the non affected side, foot angle of the affected side, base of support, and so on. The subject of the study was 28 men and women patients with hemiplegia from 22 to 77 age, among patients who doctor diagnosed as hemiplegia due to stroke or traumatic brain injury, were possible to do independent gait more than 45m without others assistance, the flexion contracture of hip pint was less than $15^{\circ}$, did not have contracture for knee pint and one more than $5^{\circ}$ for ankle joint, did not have contraindication for exercise or gait did not show visual defect due to brain injury. The patients, the subject of the study, were classified into 14 patients of treatment. group applying continuous involved weight bearing with general therapeutic exercise and 14 patients of control group applying general therapeutic exercise, and then analyzed their gait before and after exercise. Temporal distance gait analysis(Boening, 1977) was used to analyze their gait, and ink foot-print was applied as one of measurement methods. However, it was statistically signifiant in the change rate(%) of gait characteristics, and treatment group's patients with hemiplegia had been highly changed in gait characteristics in comparison with control group. From the above-mentioned results, could find that continuous involved weight bearing training for patients with hemiplegia was effective to improve their gait ability and it could increase the ability in comparison with general exercise.
The purpose of this study is to understand the characteristics of bearing capacity of shallow foundation on the grounds. We made a comparative study of existing bearing capacity theory, based on the three-dimensional finite element analysis with a variety of conditions such as ground condition, foundation scale and foundation shape. In the finite element analysis, the ultimate bearing capacity showed a gradual convergence in the form of exponential function or logarithm function according to the foundation scale. Although the shear strength increased, the bearing capacity tended not to increase but change linearly. In the results of comparative study of existing bearing capacity theory, bearing capacity ratio ($q_{u(FEA)}/q_{u(theory)}$) of pure sand has the outcome closest to those of the Terzaghi method. Pure clay turned out to be about 0.4~0.6 while normal soil was changed in a range of 0.3~1.3. As shear strength is increased, the results turned out to be less than 1.0. Bearing capacity ratio ($q_u/q_{u(1.0)}$), normalized at 1.0m bearing capacity, was about 35%, 15% and 5% of theoretical formula under the condition of ${\phi}=25^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $35^{\circ}$ of pure sand; no scale effect was found with pure clay and the normal soil with lower soil strength level showed less than 10% of the theoretical formula of pure sand. Bearing capacity ratio of each case, in accordance with, the shear strength increase, was largely influenced by the internal friction angle. Shape factor of bearing capacity ratios classified by foundation shapes have different results according to the shapes; the shape factor of circular foundation is 1.50, square foundation is 1.30, rectangular and continuous foundations are 1.1~1.0.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.60
no.2
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pp.82-90
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2011
The small precision spindle motors in the high value-added products including the visible home appliances such as DLP projector require not only the energy conversion devices but also high efficiency, low vibration and sound operation. However, the spindle motors using the conventional ball bearing and sintered porous metal bearing have following problems, respectively: the vibration by the irregularity of balls and the short motor life cycle by the ball's abrasion and higher sound noises by dry contact between shaft and sleeve. In this paper, it is proposed that the spindle motor with a fluid dynamic bearing is suitable for the motor to drive the color wheel of the DLP(digital lightening processor) in the visible home appliances. The proposed spindle motor is composed of the fluid dynamic bearing with both the radial force and the thrust force. The fluid dynamic bearing is solved by the finite element analysis of the mechanical field with the Reynolds equations. The magnetic part of spindle motor, which is a type of Brushless DC Motor, is designed by the electro-magnetic field analysis coupled with the Maxwell equation. And the load capacity and the friction loss of fluid dynamic bearing are analyzed to bearing clearance variation by the fabrication error in designed motor. The design of the proposed motor is implemented by the load torque caused by the eccentricity and the unbalance of the fluid dynamic bearing when the motors are fabricated in error. The prototype of the motor with the fluid dynamic bearing is manufactured, and experiment results show the vibration, sound, and phase current at no load and color wheel load of the motors in comparison. The high performance characteristics with the low vibration, the low acoustic noise and the optimal mechanical structure are verified by the experimental results.
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.10
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pp.1050-1055
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2012
The bearing coupling section of machine tools is the most important factor to determine their static/dynamic stiffness. To ensure the proper performance of machine tools, the static/dynamic stiffness of the rotating system has to be predicted on the design stage. Various parameters of the bearing coupling section, such as the spring element, node number and preload influence the characteristics of rotating systems. This study focuses on the prediction of the static and dynamic stiffness of the rotating system with the bearing coupling section using the finite element (FE) model. MATRIX 27 in ANSYS has been adopted to describe the bearing coupling section of machine tools because the MATRIX 27 can describe the bearing coupling section close to the real object and is applicable to various machine tools. The FE model of the bearing couple section which has the sixteen node using MATRIX 27 was constructed. Comparisons between finite element method (FEM) predictions and experimental results were performed in terms of the static and dynamic stiffness.
This research presents a nonlinear model to analyze the ball bearing nitration due to the waviness in a rigid rotor supported by multi-row ball bearings. The waviness of a ball and each races is modeled by the superposition of sinusoidal function, and the position vectors of inner and outer groove radius center are defined with respect to the mass center of the rotor in order to consider five degrees of freedom of a general rotor-bearing system. The waviness of a ball bearing is introduced to these position vectors to use the Hertzian contact theory in order to calculate the elastic deflection and nonlinear contact force resulting from the waviness while the rotor has translational and angular motion. They can be determined by solving the nonlinear equations of motion with five degrees of freedom by using the Runge-Kutta-Fehlberg algorithm. Numerical results of this research are validated with those of prior researchers. The proposed model can calculate the translational displacement as well as the angular displacement of the rotor supported by the multi-row ball bearings with waviness. It also characterizes the nitration frequencies resulting from the various kinds of waviness in rolling elements, the harmonic frequencies resulting from the nonlinear load-deflection characteristics of ball bearing. and the sideband frequencies resulting from the waviness interaction.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1997.04a
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pp.111-121
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1997
The stability of a rotor-bearing system supported by swirl-controlled hybrid journal bearing with pair-type angled injection orifices is investigated for improvement of the whirl frequency ratio by allowing effective control of the tangential flow inside the bearing clearance, i.e., by achieving more freedom in controlling strength and direction of the supply tangential flow inside the bearing clearance. It is suggested that the system instability can be improved through the change of bearing dynamic characteristic parameters with the swirl control. The orifice diameter d$_0$ and recess injection angle $\alpha$ along with combinations of swirl/anti-swirl supply pressures and directions (3.0-3.0MPa, 4.0-2.0MPa, 2.0-4.0MPa) are selected for design parameters for swirl-controlled effective factors dependent on journal speeds (3000, 9000, 15000, 21000 rpm). It has been found that the orifice diameter do shows strong effects on effective maneuverability of direct-stiffness and direct damping values, while recess injection angle $\alpha$ results in substantial magnitude and direction of cross-stiffness. Specifically, recess injection parameters which are functions of angle of orifice feeding flow and recess dimensions showed very feasible effect on the stability of swirl-controlled rotor-bearing system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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