Particularly derailing freight wagon, which are loaded with dangerous chemicals, has large damages on humans and environment. In this paper the dynamic characteristic of the laminated leaf spring under extreme situation, for example derailment, is examined. The leaf spring has a static hysteresis. Not only the friction value, but also the spring rate are influenced by this hysteresis characteristic. Because of the static hysteresis of the leaf spring the spring rate must be used in normal operation depending upon the loading and the kind of the excitation with the up to 10-fold value of the static spring rate. Some characteristics of the leaf spring can be treated like well-known viscous damping, but fer special situation (preload and/or excitation) particular calculation are necessary.
The present paper is concerned with the optimal deslgn that the static spring rate of the fiber-reinforcement composite spring is fitted to that of the steel leaf spring. The thickness and w~dth of springs were selected as deslgn variables. And object functions of the regression model were obtained through the analysis with a common analytic program. After regression coefficients were calculated to get functions of the regression model, optimal solutions were calculated with DOT. E-GlassIEpoxy and CarbonIEpoxy were used as fiber reinforcement materials in the design, which were compared and analyzed with the steel leaf spring. It was found that the static spring rate of the optimal model was almost similar to that of the existing spring.
본 논문은 겹판 스프링의 정적 스프링 상수를 가지고 복합재료 데이퍼 스프링을 최적설계 하였다. 두께와 폭을 설계변수로 실정하였다. 회귀모형의 목적함수는 상용 해석 프로그램을 통해 얻었다. 회귀모형의 함수를 가지고 회귀계수를 계산한 후, DOT를 이용하여 최적해를 구하였다. 설계에 이용된 복합재료로는 E-glass/epoxy와 carbon/epoxy를 선정하였고 겹판 스프링과 비교 해석하였다. 그 결과 정적 스프링 상수는 최적화된 복합재료 스프링들과 겹판 스프링이 1%내로 일치함을 보였다.
This paper performs static and dynamic tests of a multi-leaf spring and a tapered leaf spring to investigate their hysteretic characteristics. In the static test, trapezoidal input load is applied with 0.1Hz excitation frequency and with zero initial loading conditions. In the dynamic test, sinusoidal input load is applied with five excitation amplitudes and three excitation frequencies. In these tests, static and dynamic hysteretic characteristics of the multi-leaf spring and the tapered leaf spring are compared, and, the effects of excitation amplitudes and frequencies on dynamic spring rate are also shown. In this paper, actual vehicle tests are performed to study the effects of hysteretic characteristics of the large-sized truck's handling performance. The multi-leaf spring or the tapered leaf spring is used in the front suspension. The actual vehicle test is performed in a double lane change track with three velocities. Lateral acceleration, yaw rate and roll angle are measured using a gyro-meter located at the mass center of the cab. The test results showed that a large-sized truck with a tapered leaf spring needs to have an additional apparatus such as roll stabilizer bar to increase the roll stabilizer due to hysteretic characteristics.
This paper presents an analytical modeling technique fer representing a hysteretic behavior of a multi-leaf spring used for a large truck. It divides a nonlinear hysteretic curve of the multi-leaf spring into four parts; loading part, unloading part and two transition parts. It provides conditions fur branching to a part of the curve corresponding to a current multi-leaf spring status. This paper also presents a computational modeling technique of the multi-leaf spring. It models the multi-leaf spring with three links and a shackle. It assumes those components as rigid bodies. The links are connected by rotational joints, and have rotational springs at the joints. The spring constants of the rotational springs are computed with a force from the analytical model of the hysteretic curve of the multi-leaf spring. Static and dynamic tests are performed to verify the reliability of the presented techniques. The tests are performed with various amplitudes and excitation frequencies. The hysteretic curves from the tests are compared with those from the simulations. Since th e presented techniques reproduce the hysteretic characteristic of the multi -leaf spring faithfully, they contribute on improving the reliability of the computational model of a large truck.
This paper presents the feasibility on the application of composite coil spring, which has great interest in the automobile industry. In order to obtain much lighter weight of the composite spring, it will be necessary to optimize the design variables such as fiber angles and diameter of coil, etc. First of all, mechanical properties were measured to consider the effects of FVR and ply angles for carbon fiber composite material. And the shear modulus with respect to ply angles were derived based on twisting angles calculated by torsional beam model. Next we determined the design parameters of composite coil spring, which has equivalent spring rate to the steel coil spring. In order to assess the proposed method, finite element model of the composite spring was developed and analysed to obtain the spring constant. The results showed that static spring rate of the composite spring was in a good agreement with that of steel spring.
The pressure reducing valve for water is controlled by the load of the compression spring and the force of the fluid acting on the diaphragm of the stem. Repeated upward and downward reciprocation of the pressure-reducing valve stem damages the diaphragm, resulting in leakage. In this study, we designed a stem without a diaphragm and adjusted the stiffness of the compressing spring. In order to select the spring stiffness, springs offering a stiffness of -20%, -10%, 0%, and 10% with respect to the stiffness of the compression spring attached to the existing pressure reducing valve stiffness. A prototype for the pressure reducing valve was fabricated and the pressure change was evaluated for the target static pressure (6 bar) by testing the pressure characteristics after mounting the modified stem and each compression spring. Evaluation of the pressure characteristics was carried out using ASSE 1003 and KS B 6153. In addition, the flow rates were compared by internal flow analysis of the conventional pressure reducing valve and the pressure reducing valve using the modified stems, and the flow analysis was performed using Solidworks flow simulation 2018. The spring stiffness was constantly discharged at the target static pressure of 3.793 kgf/mm, and the flow rate was increased by about 15% compared with the conventional pressure reducing valve.
This paper addresses the results of an experimental and analytical research of a helical coil spring subjected to dynamic behavior using space curve vector after considering elongation rate. Vibrations in helical coil spring can be divided into 3 modes such as vibrations of coil spring center axis' vertical direction. axis' horizontal direction, direction about center axis. However. these 3 modes are dependent one another and are characterized as coupled. The dependency was proved through both theoretically and experimentally analyzing the results of dynamic characteristics of coil spring center axis' vertical direction vibration by transfer matrix method using the governing equation of static equilibrium. Also this paper shows that pitch angle and active coils in coil spring affect the dynamic spring characteristics of the above 3 modes and are especially sensitive to the mode for vibration of axis' horizontal direction which most affects especially on dynamo stability of helical coil spring.
본 연구에서는 자동차 코일스프링을 대상으로 CFRP 복합재 재료의 적용가능성을 제시하였다. 기존 강재료를 복합재로 대체해서 대폭적인 경량화를 추구하기 위해서는 재료특성 뿐만 아니라 스프링의 설계인자들도 함께 최적화를 해야 할 것이다. 따라서 먼저 복합재 코일스프링의 전단특성을 고려해서 최대 비틀림강성을 나타내도록 45도로 와인딩한 봉 구조물을 구성하였으며, 예측된 전단탄성계수를 시험결과와 비교한 결과 매우 근사한 값을 나타내었다. 다음으로 45도로 와인딩된 CFRP 복합재 스프링의 소선직경을 결정하기 위해서 비틀림 강성을 강재와 복합재 두 재료에 대해서 동일하게 하였으며, 그 결과, 소선직경은 11.0 mm에서 17.5mm로 재료가 복합재로 변경됨에 따라서 증가되어야 한다. 마지막으로 이 같이 구성된 복합재 코일스프링의 유한요소모델을 구성해서 스프링상수를 계산하였으며, 시험결과와 비교 평가하였다.
This paper presents a series of experimental and numerical investigations on a vertical isolation system with quasi-zero stiffness (QZS) property. The isolation system comprises a linear helical spring and disk spring. The disk spring is designed to provide variable stiffness to the system. Orthogonal static tests with different design parameters are conducted to verify the mathematical and mechanical models of the isolation system. The deviations between theoretical and test results influenced by the design parameters are summarized. Then, the dynamic tests for the systems with different under-load degrees are performed, including the fast sweeping tests, harmonic excitation tests, and half-sine impact tests. The displacement transmissibility, vibration reduction rate, and free vibration response are calculated. Based on the test results, the variation of the transmission rule is evaluated and the damping magnitudes and types are identified. In addition, the relevant numerical time history responses are calculated considering the nonlinear behavior of the system. The results indicate that the QZS isolation system has a satisfactory isolation effect, while a higher damping level can potentially promote the isolation performance in the low-frequency range. It is also proved that the numerical calculation method accurately predicts the transmission character of the isolation system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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