In this study, a hydrodynamic analysis of the reciprocating compressor crankshaft considering a finite bearing modelling of the journal bearings used in small refrigeration compressors is performed. In the problem formulation of the compression mechanism dynamics, all corresponding hydrodynamic forces and moments are considered using the finite bearing analysis in order to determine the crankshaft trajectory at each step. The solution of the Reynolds' equation is determined numerically using a finite difference method and a Newton-Raphson procedure was employed in solving the dynamic equations of the crankshaft. The crankshaft orbits fur the finite bearing model and short bearing theory were used to compare the effect of the hydrodynamic farces of the journal bearings on the dynamic and lubrication characteristics of the crankshaft-journal bearing system. Results show that the finite bearing model for the journal bearings must be considered in calculating for the accurate dynamic characteristics of the reciprocating compressor crankshaft.
Park, Young-Joon;Shim, Mun-Bo;Kim, Hyun-Jun;Suh, Myung-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1877-1885
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2004
The purpose of this study is to show pressure distribution of the bearing girder in large vessel engine and to consider finite elements analysis using the pressure distribution. Various kinds of the exciting forces act on a bearing girder. And at the same time, it is necessary to consider the contact between a crankshaft and a bearing girder because a bearing girder supports a crankshaft. However it is to need the computer resource with much time if we apply the contact element to a complex solid model and perform a repeated analysis. Thus we have accomplished a contact analysis in the simplistic finite element model of the bearing girder. After that we take a pressure distribution, and apply this to actual finite element model and accomplish finite element analysis. The result of stresses and strains has been produced using superposition method. The concept of superposition method is to find the resultant deflection of several loads acting on a member as the sum of contributions of individual loads. The results were compared with measured results and were verified to be accurate. Resulting analyzed strain favorably coincides with measured strain. The experiment result justifies this paper method.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.11
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pp.1038-1045
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2010
The theory for a new electromagnetically biased combined radial and axial magnetic bearing is developed. This combined magnetic bearing uses two axial coils to provide the bias flux to the radial and axial air gaps of the combined bearing. One dimensional magnetic circuit model for this combined magnetic bearing is developed and analyzed such that flux densities and magnetic forces can be obtained. Three dimensional finite element model for the bearing is also developed and analyzed. Numerical analysis shows that the calculated magnetic forces from 1D model are well matched with those from the finite element model.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.1
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pp.80-86
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2009
Main bearing cap is one of the essential structural elements in internal combustion engine. Main bearing cap guides and holds the crankshaft, withstanding the full combustion and inertia loads of the engine. A seamless design methodology using FEA has been proposed to produce a reliable design of main bearing cap. A Levy's thick cylinder model was applied to calculate the contact pressure between bearing shell and housing bore. A calculated contact pressure at housing bore is within the allowed limit comparing with that from bearing shell model. An adequate FEA model was suggested to obtain reliable solutions for the durability of main bearing cap. 3D global model consists of engine bulkhead, main bearing cap, and bolts. Sub-model consisting of cap and part of bolts is used to get detailed solution of main bearing cap. A very careful contact modeling practice is needed to resolve the convergence problems frequently encountering during combined geometric and material non-linear problems. A proposed methodology has been applied to the main bearing cap model successfully and obtained reliable stress results and fatigue safety factors.
The dynamic behavior of crankshaft-bearing system in scroll compressor has been investigated using the combined methodologies of finite elements and transfer matrices. The finite element formulation is proposed including the field element for a shaft section and the point element at balancer weight locations, bearing locations, etc., whereas the conventional method is used with the elements. The Houbolt method is used to consider the time march for the integration of the system equations. The linear stiffness and damping coefficients are calculated for a finite cylindrical fluid-film bearing by solving the Reynolds equation, using finite difference method. The orbital response of crankshaft supported on the linear bearing model is obtained, considering balancer weights of motor rotor. And, the steady state displacement of crankshaft are compared with a variation in balancer weight. The loci of crankshaft at bearing locations are composed of the synchronous whirl component and the non-synchronous whirl component.
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.
To get accurate vibration analysis of rotor-bearing systems, finite element models of high speed rotating shaft, unbalance disk, and fluid film journal bearing are developed. The study includes the effects of rotary inertia, gyroscopic moment, damping, shear deformation, and axial torque in the same model. It does not include the axial force effect, but the extension is straighforward. The finite elements developed can be used in the analysis design of any type of multiple rotor bearing system. To show the accuracy of the models, numerical examples are demonstrated.
The unbalance response analysis is one of the essential area in the forced vibration analysis of rotor bearing systems because of it usefulness in balancing and diagnosis as well as identification of parameters involved in rotor bearing systems. However some unbalance responses are not measurable due to the fact that rotor bearing systems are often encapsulated by fixtures or safety protectors. In the present paper, an efficent estimation scheme for unmeasured unbalance responses in rotor bearing systems is developed. The fundamental fearture of the proposed method is characterized by the linear formulae to estimate the unbalance responses from the measured unbalance responses and the finite element auxilliary model equation which is constructed to be identical to the prototype excluding the uncertain parameters such as bearing coefficients. The identification formulae for bearing parameters are also derived by using the unbalance response and the finite elements auxiliary model. Simulation is provided to verify the effectiveness of the proposed method.
This paper presents a finite element model which can simulate the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled square steel tube columns using the ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of material in the columns. The nonlinear analysis of failure modes, deformation characteristics, stress nephogram, and load-strain curves of columns under axial loads was performed in detail. Meanwhile, the influences of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, profile steel ratio, width thickness ratio of square steel tube, RAC strength and slenderness ratio on the axial compression behavior of columns were also analyzed carefully. It shows that the results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results, which verifies the validity of the analytical model. The axial bearing capacity of columns decreased with the increase of RCA replacement percentage. While the increase of wall thickness of square steel tube, profile steel ratio and RAC strength were all beneficial to improve the bearing capacity of columns. Additionally, the parameter analysis of finite element analysis on the columns was also carried out by using the above numerical model. In general, the SRRC filled square steel tube columns have high bearing capacity and good deformation ability. On the basis of the above analysis, a modified formula based on the American ANSI/AISC 360-10 was proposed to calculate the nominal axial bearing capacity of the columns under axial loads. The research conclusions can provide some references for the engineering application of this kind of columns.
This study presents the development of a new closed-form analytical solution for the ultimate bearing capacity of an embedded wall in a granular mass. The closed-form analytical solution consists of upper and lower bound solutions (UB and LB). The calculated values from these bound solutions were compared with the author's two-dimensional laboratory wall model loading test and finite element analysis in the plastic region. The comparison showed that ultimate bearing loads from both the model test and finite element analysis are located between UB and LB. In particular, the ultimate bearing load from LB showed good agreement with the ultimate bearing load values from both the model test and finite element analysis. However, the calculated value from the conventional empirical form subjected to plane-strain conditions was shown to be much smaller than the LB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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