This work approaches the structural performance of masonry arches that have a small ratio between number of vossoirs and span length. The aim of this research is to compare and validate three different methods of analysis (funicular limit analysis F.L.A., kinematic limit analysis K.L.A. and plane stress Finite Element Analysis F.E.A.) with an experimental campaign. 18 failure tests with arches of different shapes and boundary conditions have been performed. The basic failure mechanism was the formation of enough hinges in the geometry. Nevertheless, in few cases, sliding between vossoirs also played a relevant influence. Moreover, few arches didn't reach the collapse. The FLA and KLA didn't find a solution close to the experimental values for some of the tests. The low number of vossoirs and joints become a drawback for an agreement between kinematic mechanism, equilibrium of forces and geometry constraints. FLA finds a lower bound whereas KLA finds an upper bound of the ultimate load of the arch. FEA is the most reliable and robust method and it can reproduce most of the mechanism and ultimate loads. However, special care is required in the definition of boundary conditions for FEA analysis. Scientific justification of the more suitability of numerical methods in front of classic methods at calculating arches with a few vossoirs is the main original contribution of the paper.
Kim Ki-Hyun;Gweon Dae-Gab;Choi Young-Man;Kim Dong-Min;Nam Byoung-Uk;Lee Suk-Won;Lee Moon-Gu
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.5
s.170
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pp.103-112
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2005
This paper presents one-axis high precision scanning system and illustrates the design of modified $X-Y-{\theta}$ stage as a tracker using VCM and commercialized air bearings for it. The scanning system for 100nm resolution is composed of the 3-axis stage and one axis long stroke linear motor stage as a follower. In this study a previous proposed and presented structure of VCM for the fine stage is modified. The tracker has 3 DOF($X-Y-{\theta}$ motions by four VCM actuators which are located on the same plane. So 4 actuating forces are suggested and designed to create least pitch and roll motions. This article will show about the design especially about optimal design. The design focus of this fine stage is to have high acceleration to accomplish high throughput. The optimal design of maximizing acceleration is performed in restrained size. The most sensitive constraint of this optimal design is heat dissipation of coil. There are 5 design variables. Because the relationship between design variables and system parameters are quite complicated, it is very difficult to set design variables manually. Due to it, computer based optimal design procedure using MATLAB is used. Then, this paper also describes the procedures of selecting design variables for the optimal design and a mathematical formulation of the optimization problem. Based on the solution of the optimization problem, the final design of the stage is also presented. The results can be verified by MAXWELL. The designed stage has the acceleration of about 5 $m/s^{2}$ with 40kg total mass including wafer chuck and interferometer mirror. And the temperature of coil is increased $50^{\circ}C$. In addition, the tracker is controlled by high precision controller system with HP interferometer for it and linear scaler for the follower. At that time, the scanning system has high precision resolution about 5nm and scanning resolution about 40nm in 25mm/s constant speed
In the orthopedic therapy, the biomechanical analysis of the appliance is necessary to get a desirable orthopedic effect. The purpose of this study was to investigate the desirable direction and application position of the protraction force. The protraction force of 500g was applied to the first premolar or to the first molar. The direction of force application was paralell or $20^{\circ}$ downward to the occlusal plane respectively. The stress distribution and the displacement within the maxilla was analyzed by a 3-dimensional finite element method. The findings obtained were as follows 1. Protraction forces caused a counterclockwise rotation of the maxilla. 2. The degree of maxillary rotation was less when the force was applied $20^{\circ}$ downward direction to the occlusal plane than when applied to the parallel direction. 3. The degree of rotation of maxilla was greater when the parallel force was applied to the 1st premolar than when applied to the first molar, whereas it was greater when force is applied $20^{\circ}$ downward than at the first premolar. In conclusion, the $20^{\circ}$ downward protraction from the first premolar induced the least counterclockwise rotation of the maxilla and was thought as the desirable direction and application position of the protraction force.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.565-572
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2007
This paper addresses the kinematic study for the structural analysis of the S60ME-C multi-cylinder vessel engine. The load conditions such as the lateral force and the reaction force by the crank-shaft are required for the FEM analysis. The driving parts in vessel engine are assumed to be in frictionless rigid plane motion. We analytically derive dynamic forces for a single cylinder by using the dynamic force equilibrium. But, for the structural analysis for a single cylinder block, we use the loading conditions of two neighboring cylinders. Meanwhile, we use the single cylinder's loading condition to calculate the multi-cylinder's loading conditions, because each cylinder shows a cyclic loading pattern with respect to the crank arm's rotation angle.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.189-195
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2002
This paper deals with the free vibration of horizontally curved beams with transition currie. Based on the dynamic equilibrium equations of a curved beam element subjected to the stress resultants and inertia forces, the governing differential equations are derived for the out-of-plane vibration of curved beam with variable curvature. These equations are applied to the beam having transition curve in which the clothiod curve is chosen in this study. The differential equations are solved by the numerical methods lot calculating the natural frequencies and mode shapes. For verifying theories developed herein, the frequency parameters obtained from this studs and ADINA are compared with each other. As the numerical results, the various parametric studies effecting on natural frequencies are investigated and those results are presented in tables and figures.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.7
no.1
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pp.21-27
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2013
Manual wheelchair propulsion can lead to pain and injuries of users due to mechanical inefficiency of wheelchair propulsion motion. The kinetic analysis of the upper limbs during manual wheelchair propulsion needs to be studied. A two dimensional inverse dynamic model of upper limbs was developed to compute the joint torque during manual wheelchair propulsion. The model was composed of three segments corresponding to upper arm, lower arm and hand. These segments connected in series by revolute joints constitute open chain mechanism in sagittal plane. The inverse dynamic method is based on Newton-Euler formalism. The model was applied to data collected in experiments. Kinematic data of upper limbs during wheelchair propulsion were obtained from three dimensional trajectories of markers collected by a motion capture system. Kinetic data as external forces applied on the hand were obtained from a dynamometer. The joint rotation angles and joint torques were computed using the inverse dynamic model. The developed model is for upper limbs biomechanics and can easily be extended to three dimensional dynamic model.
In order to properly evaluate the shear strength of reinforced concrete circular columns due to the transverse shear reinforcement, the average of fractions of forces generated along the circular transverse hoops across the shear failure plane in the loading direction is calculated. For this, the center-to-center diameter of circular transverse hoops. spacing and the crack angle measured to the column longitudinal axis are considered. Using these variables, an equation representing the effective section area of circular transverse shear steel is proposed. The study result shows that the constant parameter. used for the calculation of the effective section area of circular hoops over the last 10 years, should not universally be applied any more. The use of the constant parameter may not seriously do harm to the evaluation of shear strength for circular columns with non-seismically designed transverse hoop reinforcement, since it gives slightly conservative results. However. for well-confined circular columns with close spacing or circular steel jacketing. it gives about 20% overestimation of the shear capacity contributed by the transverse hoop steel.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Jeon, Bub-Gyu;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.1
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pp.112-119
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2021
The failure mode of piping systems due to seismic loads is the low-cycle fatigue failure with ratcheting, and it was found that the element in which nonlinear behavior is concentrated and damage occurs is the elbow. In this study, to quantitatively express the failure criteria for a pipe elbow of SCH40 3-inch carbon steel under low-cycle fatigue, the limit state was defined as leakage, and the in-plane cyclic loading test was conducted. For the carbon steel pipe elbow, which is the vulnerable part to seismic load of piping systems, the damage index was represented using the moment-deformation angle relationship, and it was compared and analyzed with the damage index calculated using the force-displacement relationship. An attempt was made to quantitatively express the limit state of the carbon steel pipe elbow involving leakage using the damage index, which was based on the dissipated energy caused by repeated external forces.
Ku, Nam-Kug;Cha, Ju-Hwan;Kwon, Jung-Han;Lee, Kyu-Yuel
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.5
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pp.527-535
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2009
This paper describes the control system to suppress the load pendulation using tagline for the floating crane. Dynamic equation of motion of the floating crane and the load is derived using Newton's 2nd law and free body model. The floating crane and the load are assumed that they move in center plane. Each rigid body has 3 DOF (surge, heave, pitch), because it moves in two directions and rotates. Then, this system, which is composed of two rigid bodies, has 6 DOF. The gravitational force, the hydrostatic force, the hydrodynamic force and the tension of the wire rope are considered as external forces, which affect to the floating crane. To suppress the pendulation of the load, the tagline, which connects between the load and the float crane, is applied to the system. The tagline is composed of the spring and the wire rope. Proportional and Derivative control is used as a linear control algorithm. The results of the numerical analysis of the 3,600 ton floating crane show that the tagline system is effective to suppress the load pendulation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.641-652
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2007
In this paper, a half-scaled substructure test was performed to evaluate the buckling and structural safety of an existing transmission tower subjected to wind load. A loading scheme was devised to reproduce the dead and wind loads of a prototype transmission tower, which uses a triangular jig that is mounted on the reduced model to which the similarity law of a half length was applied. As a result of the preliminary numerical analysis carried out to evaluate the stability of a specimen for the design load, is was confirmed that the calculated axial forces of tower leg members were distributed to $80{\sim}90%$ of an admissible buckling load. When the substructured transmission tower was loaded by 270% of its maximum admissible buckling load, it was failed due to the local buckling that is occurred in joints with weak constraints for out-of-plane behavior of leg members. By inspection of load-displacement curves, displacements and strains of members, it is considered that this local buckling was due to additional eccentric force by unbalanced deformation because the time that is reached to yielding stress due to the bending moment is different at each point of a same section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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