This paper presents the geometrical methodology to decouple the vibration modes of an elastically supported single rigid body in three-dimensional space. It is shown that the vibration modes can be decoupled by placing the center of elasticity at suitable locations and thereby yielding the plane(s) of symmetry for the given stiffness matrix. The developed methodology has been applied to the actuator supported by the 4-wire suspensions in optical discs, which has one plane of symmetry. For this numerical example, the axes of vibrations have been computed and illustrated with the natural frequencies. The forced response at the objective lens is represented and its geometrical interpretation has been explained as the mutual moment between the axis of vibration and the applied wrench times the line coordinates of the axis of vibration.
Park, Jung-Jin;Lee, Min-Woo;Bae, Jae-Sung;Lee, Soo-Yong;Kim, Seok-Woo
Journal of Aerospace System Engineering
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v.1
no.3
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pp.26-31
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2007
This paper addresses a method for structural optimum design of composite rotor blade. The basic model of a composite helicopter main rotor blade is designed and its parameters determining the structural/dynamic properties are studied. Through the investigation of flap/lag/torsional stiffness, the structural properties of the model are analyzed. In this study, helicopter rotor blades are analyzed by using VABS. The computer program VABS (Variational Asymptotic Beam Section Analysis) uses the variational asymptotic method to split a three-dimensional nonlinear elasticity problem into a two dimensional cross-sectional analysis and a one-dimensional nonlinear beam problem. This is accomplished by taking advantage of certain small parameters inherent to beam-like structures. In addition, the rotational stability of the blade is estimated by the frequency diagram from FE analysis(MSC.Patran/Nastran) to understand its vibrational property. From the result, design parameters to determine and optimize the properties of the model are presented.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.631-635
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1996
Stress singularities appear at the interface edge in dissimilar materials also under thermal loading. First, these singularities then an interface meets a free side surface with an arbitrary angle are studied for a two-dimensional problem. The singular properties under thermal loading are made clear and the concrete singular field are obtained. Secondly, the dependence of stress field on elastic constants in axisymmetric dissimilar materials are. discussed. That is, it is shown that three elastic constants mutually independent are necessary, in general, to characterize the stress field of axisymmetric dissimilar materials, although Dunders' parameters defined for two-dimensional dissimilar materials have been often applied correspondingly also to axisymmetric problems.
Flame arrestor as end of line flame arrester for endurance burning prevents a light-back at deflagration and stabilized burning (during and after endurance burning) of potentially explosive vapor-air and gas-air mixtures at the end of vent pipes. In a flame arrestor, spring is an important part. The spring load as well as the spring's elasticity determine when the hood is opened. In addition, the spring have to work in high temperature condition due to gas burning. Therefore, it is necessary to analyze mechanical load and elasticity of spring when gas is burned. Based on the dynamic calculation on working process of a specific flame arrestor, analysis of spring is taken. A three dimensional model for spring burned in flame arrestor by using CFD simulation. Results of the CFD analysis are input in FEM simulation to analyze structure of the spring. The simulation results can predict and estimate the spring's load and elasticity at variation of the spring's deflection. Moreover, the obtained result can provide makers with references to optimize design of spring as well as flame arrestor.
In this paper, an exact analytical solution for simply supported sandwich plate which considers the permeation effect of adhesives is presented. The permeation layer is described as functionally graded material (FGM), the elastic modulus of which is assumed to be graded along the thickness following the exponential law. Based on the exact three-dimensional (3-D) elasticity theory, the solution of stresses and displacements for each layer is derived. By means of the recursive matrix method, the solution can be efficiently obtained for plates with many layers. The present solution obtained can be used as a benchmark to access other simplified solutions. The comparison study indicates that the finite element (FE) solution is close to the present one when the FGM layer in the FE model is divided into a series of homogeneous layers. However, the present method is more efficient than the FE method, with which the mesh division and computation are time-consuming. Moreover, the solution based on Kirchhoff-Love plate theory is greatly different from the present solution for thick plates. The influence of the thickness of the permeation layer on the stress and displacement fields of the sandwich plate is discussed in detail. It is indicated that the permeation layer can effectively relieve the discontinuity stress at the interface.
This paper is devoted to illustrate some numerical procedures to solve the boundary equilibrium problems of three-dimensional solids that are subjected to thermal strains. The constitutive equations take into account the bounded tensile strength of the material and they are presented in the framework of non-linear elasticity and small strains. The associated equilibrium problem is solved numerically by means of the finite element method and the numerical techniques, i.e. the Newton-Raphson method and the secant method, are revised in order to assure the solution convergence of the discretized problem. Some numerical examples are illustrated.
Yaylaci, Murat;Yayli, Mujgen;Yaylaci, Ecren Uzun;Olmez, Hasan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.5
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pp.585-597
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2021
This paper presents a comparative study of analytical method, finite element method (FEM) and Multilayer Perceptron (MLP) for analysis of a contact problem. The problem consists of a functionally graded (FG) layer resting on a half plane and pressed with distributed load from the top. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. The problem is reduced a system of integral equation in which the contact pressure are unknown functions. The numerical solution of the integral equation was carried out with Gauss-Jacobi integration formulation. Secondly, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two-dimensional analysis of the problem is carried out. The results show that contact areas and the contact stresses obtained from FEM provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Thirdly, the contact problem has been extended based on the MLP. The MLP with three-layer was used to calculate the contact distances. Material properties and loading states were created by giving examples of different values were used at the training and test stages of MLP. Program code was rewritten in C++. As a result, average deviation values such as 0.375 and 1.465 was obtained for FEM and MLP respectively. The contact areas and contact stresses obtained from FEM and MLP are very close to results obtained from analytical method. Finally, this study provides evidence that there is a good agreement between three methods and the stiffness parameters has an important effect on the contact stresses and contact areas.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.588-594
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1998
Reliable three-dimensional models of woven fabric composites had scarcely been proposed for their geometric complexity. Simplified models, mostly one- or two-dimensional, currently used are not considered effective enough because of their oversimplifications. In this paper, the equivalent thermal conductivities and elasticity properties of woven fabric composites are computed using homogenization technique. The computational results show that the strength and thermal conductivity linearly increase with fiber volume fraction and that the variations of undulation of fibers has little effect on equivalent material properties. Homogenization technique is proved useful in the study of woven fabric composites and may find a lot more applications in the area.
A solution based on the linear three-dimensional theory of elasticity is developed for vibration and elastostatic problems of hollow toroids. The theory is developed for transversely isotropic toroids of arbitrary thickness, and has the potential to validate some vehicle and aircraft tire models in the linear range. In the semi-analytical method that is adopted Fourier series are written in the circumferential direction, forming a set of two-dimensional problems. These problems are solved using the differential quadrature method. A commercial finite element program is used to determine alternative solutions. For validation both problems of vibration and elastostatics are considered. Finally results are determined for local surface loading problems, and conclusions are drawn.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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