Nguyen, Cuong C.;Ranasinghe, Damith C.;Al-Sarawi, Said F.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.3
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pp.335-347
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2018
The fast-growing number of mobile and wearable applications has driven several innovations in small-scale electret-based energy harvesting due to the compatibility with standard microfabrication processes and the ability to generate electrical energy from ambient vibrations. However, the current modeling methods used to design these small scale transducers or microgenerators are applicable only for constant-speed rotations and small sinusoidal translations, while in practice, large amplitude sinusoidal vibrations can happen. Therefore, in this paper, we formulate an analytical model for electret-based microgenerators under general sinusoidal excitations. The proposed model is validated using finite element modeling combined with numerical simulation approaches presented in the literature. The new model demonstrates a good agreement in estimating both the output voltage and power of the microgenerator. This new model provides useful insights into the microgenerator operating mechanism and design trade-offs, and therefore, can be utilized in the design and performance optimization of these small structures.
Seo, Jung-Moo;Rhyu, Se-Hyun;Jung, In-Soung;Sung, Ha-Gyung;Yang, Kook-Hyeun
Proceedings of the KIEE Conference
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2005.10c
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pp.126-128
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2005
This paper presents spindle motor with fluid dynamic hearing(FDB) for hard disk drives. Thrust hearing of FDB requires appropriate pressure to operate in smooth rotations. In this study, the thrust forte between rotor and thrust yoke is analyzed using 3D finite clement method and experimental results are compared with the simulated one.
The paper analyzes the problem of torsion in an adhesive non-tubular bonded single-lap joint. The joint considered consists of two thin rectangular section beams bonded together along a side surface. Assuming the materials involved to be governed by linear elastic laws, equilibrium and compatibility equations were used to arrive at an integro-differential relation whose solution makes it possible to determine torsional moment section by section in the bonded joint between the two beams. This is then used to determine the predominant stress and strain field at the beam-adhesive interface (stress field along the direction perpendicular to the interface plane, equivalent to the applied torsional moment and the corresponding strain field) and the joint's elastic strain (absolute and relative rotations of the bonded beam cross sections). All the relations presented were obtained in closed form. Results obtained theoretically are compared with those given by a three dimensional finite element numerical model. Theoretical and numerical analysis agree satisfactorily.
A transition membrane element designated as CLM which has variable mid-side nodes with drilling freedoms has been presented in this paper. The functional for the linear problem, in which the drilling rotations are introduced as independent variables, has been formulated. The transition elements with variable side nodes can be efficiently used in the local mesh refinement for the in-plane structures, which have stress concentrations. A modified Gaussian quadrature is needed to be adopted to evaluate the stiffness matrices of these transition elements mainly due to the slope discontinuity of displacement within the elements. Detailed numerical studies show the excellent performance of the new transition elements developed in this study.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.6
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pp.503-508
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2007
In this study, the aeroelastic response and stability of bearingless rotors are investigated using a large deflection beam theory. The outboard main blade, flexbeam, and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing arbitrary large displacements and rotations. The finite element equations of motion obtained from Hamilton's principle. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used to evaluate aerodynamic forces. In hover, the modal approach method based on coupled rotating natural modes is used for the stability analysis. In forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The results of the full finite element analysis using the large deflection beam theory are compared with those of a previously published modal analysis using the moderate deflection-type beam theory.
Park, Choon-Soo;Yu, Hyung-Seog;Cha, Jung-Yul;Mo, Sung-Seo;Lee, Kee-Joon
The korean journal of orthodontics
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v.49
no.6
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pp.393-403
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2019
Objective: Sliding mechanics using orthodontic miniscrews is widely used to stabilize the anchorage during extraction space closure. However, previous studies have reported that both posterior segment displacement and anterior segment displacement are possible, depending on the mechanical properties of the archwire. The present study aimed to investigate the effect of archwire stiffness and friction change on the displacement pattern of the maxillary posterior segment during anterior segment retraction with orthodontic miniscrews in sliding mechanics. Methods: A three-dimensional finite element model was constructed. The retraction point was set at the archwire level between the lateral incisor and canine, and the orthodontic miniscrew was located at a height of 8 mm from the archwire between the second premolar and first molar. Archwire stiffness was simulated with rectangular stainless steel wires and a rigid body was used as a control. Various friction levels were set for the surface contact model. Displacement patterns for the posterior and anterior segments were compared between the conditions. Results: Both the anterior and posterior segments exhibited backward rotation, regardless of archwire stiffness or friction. Among the conditions tested in this study, the least undesirable rotation was found with low archwire stiffness and low friction. Conclusions: Posterior segment displacement may be unavoidable but reducing the stiffness and friction of the main archwire may minimize unwanted rotations during extraction space closure.
Alaa A. Abdelrahman;Mohamed Ashry;Amal E. Alshorbagy;Mohamed A. Eltaher;Waleed S. Abdalla
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.169-194
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2024
Although the excellent characteristics of functionally graded materials (FGMs) cracks could be found due to manufacturing defects or extreme working conditions. The existence of these cracks may threaten the material or structural strength, reliability, and lifetime. Due to high cost and restrictions offered by practical operational features these cracked components couldn't be replaced immediately. Such circumstances lead to the requirement of assessing the dynamic performance of cracked functionally graded structural components especially under moving objects. The present study aims to comprehensively investigate the dynamic behavior of functionally graded cracked Timoshenko beams (FGCTBs) resting on Winkler foundation and subjected to moving load through shear locking free finite elements methodology. The through thickness material distribution is simulated by the exponential gradation law. The geometric discontinuity due to cracks is represented using the massless rotational spring approach. The shear locking phenomena is avoided by using the different interpolation functions orders for both deflections and rotations. Based on Timoshenko beam element, a shear locking free finite elements methodology is developed. The unconditionally stable Newmark procedure is employed to solve the forced vibration problem. Accuracy of the developed procedure is verified by comparing the obtained results with the available results and an excellent agreement is found. Parametric studies are conducted to explore effects of the geometrical, material characteristics, crack geometrical characteristics, the elastic foundation parameter, and the moving load speed on the dynamic behavior for different boundary conditions. Obtained results revealed the significant effect these parameters on the dynamic performance of FGCTBs.
For Underwater vehicles, Unwanted roll excursions are inevitable as they are caused by induced propeller torque, disturbances, and banking motion during turns. To estimate the manoeuvring performance of underwater vehicle, it is necessary to obtain the roll coefficient of body. This paper was covered estimation of roll coefficient of underwater vehicle using STAR-CCM+, commercial CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The RANS equations for incompressible fluid flows was solved numerically by using a finite volume method. An MRF(Moving Reference Frame) Method was Also adopted for rotations of body. For the validation, the flow around a DARPA SUBOFF bare hull model was simulated and good agreement with experiments was obtained. And Pure roll coefficients were calculated and campared with the experimental data which were presented by Seoul National University. Finally, an underwater vehicle model with propeller was simulated and analyzed for estimation of roll coefficient variation caused by induced propeller torque.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.321-328
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2000
An improved formulation of thin-wailed curved beams with variable curvatures based on displacement field considering the second order terms of finite semitangential rotations is presented. From linearized virtual work principle by Vlasov's assumptions, the total potential energy is derived and all displacement parameters and the warping functions are defined at cendtroid axis. In developing the thin-walled curved beam element having eight degrees of freedom per a node, the cubic Hermitian polynomials are used as shape functions. In order to verify the accuracy and practical usefulness of this study, free vibrations and buckling analyses of parabolic and elliptic arche shapes with mono-symmetric sections are carried out and compared with the results analyzed by ABAQUS' shell element.
Chen, Xia-chun;Bai, Zhi-zhou;Zeng, Yu;Jiang, Rui-juan;Au, Francis T.K.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.5
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pp.1045-1067
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2016
Concrete bridges with corrugated steel webs and prestressed by both internal and external tendons have emerged as one of the promising bridge forms. In view of the different behaviour of components and the large shear deformation of webs with negligible flexural stiffness, the assumption that plane sections remain plane may no longer be valid, and therefore the classical Euler-Bernoulli and Timoshenko beam models may not be applicable. In the design of this type of bridges, both the ultimate load and ductility should be examined, which requires the estimation of full-range behaviour. An analytical sandwich beam model and its corresponding beam finite element model for geometric and material nonlinear analysis are developed for this type of bridges considering the diaphragm effects. Different rotations are assigned to the flanges and corrugated steel webs to describe the displacements. The model accounts for the interaction between the axial and flexural deformations of the beam, and uses the actual stress-strain curves of materials considering their stress path-dependence. With a nonlinear kinematical theory, complete description of the nonlinear interaction between the external tendons and the beam is obtained. The numerical model proposed is verified by experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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