Bearing joint dynamic parameter identification is crucial in modeling the high speed spindles for machining centers used to predict the stability and natural frequencies of high speed spindles. In this paper, a hybrid method is proposed to identify the dynamic stiffness of bearing joint for the high speed spindles. The hybrid method refers to the analytical approach and experimental method. The support stiffness of spindle shaft can be obtained by adopting receptance coupling substructure analysis method, which consists of series connected bearing and joint stiffness. The bearing stiffness is calculated based on the Hertz contact theory. According to the proposed series stiffness equation, the stiffness of bearing joint can be separated from the composite stiffness. Then, one can obtain the bearing joint stiffness fitting formulas and its variation law under different preload. An experimental set-up with variable preload spindle is developed and the experiment is provided for the validation of presented bearing joint stiffness identification method. The results show that the bearing joint significantly cuts down the support stiffness of the spindles, which can seriously affects the dynamic characteristic of the high speed spindles.
Complex structures are usually assembled from several substructures with joints connecting them together. These joints have significant effects on the dynamic behavior of the assembled structure and must be accurately modeled. In structural analysis, these joints are often simplified by assuming ideal boundary conditions. However, the dynamic behavior predicted on the basis of the simplified model may have significant errors. This has prompted the researchers to include the effect of joint stiffness in the structural model and to estimate the stiffness parameters using inverse dynamics. In the present work, structural joints have been modeled as a pair of translational and rotational springs and frequency equation of the overall system has been developed using sub-structure synthesis. It is shown that using first few natural frequencies of the system, one can obtain a set of over-determined system of equations involving the unknown stiffness parameters. Method of multi-linear regression is then applied to obtain the best estimate of the unknown stiffness parameters. The estimation procedure has been developed for a two parameter joint stiffness matrix.
In the present work, structural joints have been modeled as a pair of translational and rotational springs and frequency equation of the overall system has been developed using sub-structure synthesis. It is shown that using first few natural frequencies of the system, one can obtain a set of over-determined system of equations involving the unknown stiffness parameters. Method of multi-linear regression is then applied to obtain the best estimate of the unknown stiffness parameters. The estimation procedure has been developed first for a two parameter joint model and then for a three parameter model, in which cross coupling terms are also included. Two cases of structural connections have been considered, first with a cantilever beam with support flexibility and then a pair of beams connected through lap joint. The validity of the proposed method is demonstrated through numerical simulation and by experimentation.
Based on the shaking table tests of a 1:3.52 scale one-bay and one-story ancient wooden structure, a simplified structural mechanics model was established, and the structural state equation and observation equation were deduced. Under the action of seismic waves, the damage rule of initial stiffness and yield stiffness of the joint was obtained. The force hammer percussion test and finite element calculations were carried out, and the structural response was obtained. Considering the 5% noise disturbance in the laboratory environment, the stiffness parameters of the mortise-tenon joint were identified by the partial least squares of singular value decomposition (PLS-SVD) and the Extended Kalman filter (EKF) method. The results show that dynamic and static cohesion method, PLS-SVD, and EKF method can be used to identify the damage degree of structures, and the stiffness of the mortise-tenon joints under strong earthquakes is reduced step by step. Using the proposed model, the identified error of the initial stiffness is about 0.58%-1.28%, and the error of the yield stiffness is about 0.44%-1.21%. This method has high accuracy and good applicability for identifying the initial stiffness and yield stiffness of the joints. The identification method and research results can provide a reference for monitoring and evaluating actual engineering structures.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.9-16
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1998
The joint characteristics are necessary to be determined in the early stage of the vehicle body design. Researches on identification of joints in a vehicle body have been performed until the recent year. In this study, the joint characteristics of vehicle struct- ure were expressed as condensed forms from the full joint stiffness and mass matrix. The condensed joint stiffness and mass matrix were applied to typical T-type and Edge-type joints, and the usefulness was confirmed. In addition, those were applied to center pillar and full vehicle body to validate the practical application.
It is often necessary that the joints characteristics should be determined in the early stage of the vehicle body design. The researches on identification of joints in a vehicle body have been performed until the recent year. In this study, the joint characteristics of vehicle structure were expressed as the condensed matrix forms from the full joint stiffness matrix. The condensed joint stiffness matrix was applied to typical T-type and Edge-type joints, and the usefulness was confirmed. In addition, it was applied to the real center pillar model and the full vehicle body in order to validate the practical application.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.2
s.54
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pp.137-144
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2009
This paper provides the results from evaluating the stiffness of Hi-Form joint by an experiment and the system identification method using the dynamic modal data, and the reasonable modeling method of Hi-Form joint which is proposed for improved stair construction recently. Based on the crack pattern and load-displacement relationship and the damage distribution, it can be judged that Hi-Form joint can't fully transfer the forces between the elements linked, and we propose that the joint is modeled as a element which have a stiffness with 50% decrease.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.04a
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pp.131-138
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1998
Structural damage is used to be modeled through reductions in the stiffness of structural elements for the purpose of damage estimation of structural system. In this study, the concept of joint damage is employed for more realistic damage assessment of a steel structure. The joint damage is estimated damage based on the mode shape informations using neural networks. The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a rotational spring at the fixed end of a beam element. The severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection stiffness with respect to the value of the intact joint. The concept of the substructural identification is used for the localized damage assessment in a large structure. The feasibility of the proposed method is examined using an example with simulated data. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated for the case with the measurements of the mode vectors subjected to noise.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1635-1642
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2012
The identification of the dynamic properties of structural joints is important for predicting the dynamic behavior of assembled systems. However, the identification of the properties using analytical or experimental approaches is extremely difficult or even impossible. Several studies have proposed hybrid or synthesis methods that simultaneously used analytical and experimental approaches to identify the dynamic properties of a joint. However, among the many types of joints, only the bolt joint was treated as a practical example in these studies. In this study, for a simple assembly system comprising two plates and one hinge joint, a simple methodology involving the use of the static-based subpart analysis method to identify the dynamic properties is proposed. Finally, the proposed method is applied to a glove box in a passenger vehicle that includes hinge joints.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.35-46
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1998
Structural damage is used to be modeled through reductions in the stiffness of structural elements for the purpose of damage estimation of structural system. In this study, the concept of joint damage is employed for more realistic damage assessment of a steel structure. The joint damage is estimated damage based on the mode shape informations using neural networks, The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a rotational spring at the fixed end of a beam element. The severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection stiffness with respect to the value of the intact joint. The concept of the substructural identification is used for the localized damage assessment in a large structure. The feasibility of the proposed method is examined using an example with simulated data. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated for the case with the measurements of the mode vectors subjected to noise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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