Three-dimensional ultrasonic probes being applied to the medical imaging can be grouped into three depending on the scanning methods, which are a mechanical type system, a free-hand system, and 2D phased arrays system. A mechanical type scanner uses a mechanically driven transducer to acquire series of 2D plane images. By integrating these images, a 3-D medical image can be constructed. A motor driving mechanism is a conventional choice for mechanically driving a transducer assembly which picks the raw ultrasonic images up. In this paper we attempt to design a 3D ultrasonic probe which has a operating mechanism of s tilting 3-D scanning. The motion of a transducer assembly of the ultrasonic probe is analytically modelled. We propose a selection procedure for the diameter of a wire rope driving the transducer assembly and the size of torsional spring which gives an initial tension to wire ropes.
A rotating rigid disk, attached on a flexible shaft or supported by a torsional spring, experiences precessional whirling due to gyroscopic moment loading. It is well known in rotor dynamics area that, as the rotational speed increases, the precessional mode of the rotating rigid disk starts splitting into two: forward and backward precessional modes. On the other hand, it is also well known in disk vibration area that a rotating flexible disk also shows another kind of mode splitting phenomenon due to the rotation, resulting in forward and backward traveling waves. When rotating multiple flexible disks are coupled in vibration with the supporting Flexible shaft, the associated mode splitting should be compatible with the two seemingly different vibration analysis methods. This paper investigates the possibility of fusing the precessional and traveling wave mode splittings so that the bending coupled disk vibrations in HDD spindle systems can be better understood.
The purpose of this paper is to investigate the damping behavior of a flexible joint. The slip at a structrual joint is selected at the tips of two identical cantilever beams adjoining each other. Both the direction of normal force and its magnitude varies due to the global deformation of the structure from mode to mode in the friction model. The friction dependent on vibration displacements resultsin the same functional behavior of the hysteretic material damping. Linearized energy loss factors are obtained as functions of both linear and torsional spring stiffness for their groups of symmetric and anti-symmetric modes, respectively. Experimental measurements as made for comparisons with analytical estimations by controlling the magnitude of fastening torque in the fastener, Hi-Lite. Trends on damping levelsmeasured in a very common vibration test method make an excellent agreement on the estimated damping levels.
This research is concerned with the dynamic modeling of solar arrays equipped with strain energy hinges(SEH). It is found from experiments that the SEH has nonlinear dynamic characteristics and complex buckling behavior, which is difficult to explain theoretically. In this paper, we use an equivalent one-dimensional nonlinear torsional spring for the SEH. Assuming that solar panels are rigid, we developed the systematic approach for the derivation of the theoretical model for the solar arrays equipped with the multitudes of the SEH. To this end, the kinematic relation of the displacement vector of each body is derived and then applied to the equations of motion. Lagrangian equations of motion are used for the derivations.
A kart is a vehicle without the suspension system and the differential gear. The kart frame as an elastic body plays the role of a spring. By the cornering of a kart, rolling, pitching and twisting motions are induced in the kart frame. Also the slip or noncontact of the wheel and a permanent deformation of the kart frame can be induced. In order to examine closely this phenomenon, measurement on height-displacements with various sensors and tracking system and analysis on the kart frame twisting characteristics with the rolling and pitching angle are needed. According to the measurement result, while driving in a curve at high speed the kart frame is quite twisted. Analysis on the measurement results shows that a kart used primarily in high speed requires a frame with low torsional stiffness and a frame material with high tensile strength and large elongation.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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제62권5호
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
철도교량은 차량과 교량의 상호작용에 의해 유발되는 동하중을 받고 있다. 이러한 동적인 효과는 교량 각 부재에 충격과 피로를 유발하고, 교량의 잔존수명에 영향을 미치게 된다 따라서 수치적 또는 시험적 방법에 의한 교량의 실제적인 동적 거동을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 KTX 차량의 주행에 따른 교량의 동적 특성을 구조적 안전성, 주행 안전성 및 승차감 측면에서 평가할 수 있는 차량/궤도/교량 상호작용 해석프로그램을 개발하였다. 차량/궤도/교량의 실질적인 모델링을 위하여 차륜/레일 접촉 모델링을 위한 헤르찌안 스프링 및 도상에 대한 윈클러 요소를 적용하였다. 또한 개발 프로그램은 준3차원해석으로 차량의 복선제도 주행에 따른 3차원 편심 효과를 고려하기 위해 비톤 자유도 및 기하학적인 관계에 따른 제약조건식을 사용하였다. 개발프로그램의 검증을 위해서 고속철도교량중 가장 일반적인 형식인 PSC 박스교(2@40m=80m)에 대해 수치해석결과 및 계측시험 결과를 비교하였다.
A Dual Mass Flywheel(D.M.F.) system is an evolution to the reduction of torsional vibration and impact noise occurring in powertrain when a vehicle is either moving or idling. The D.M.F. system has two flywh-eels, which is different from the conventional clutch system. One section belongs to the mass moment of in-ertia of the engine-side. The other section increases the mass moment of inertia of the transmission-side. These two masses are connected via a spring/damping system. This reduces the speed at which the dreaded resonance occurs to below idle speed. Since 1984m D.M.F. system has been developed. However, the processes of development of D.M.F. system don't have any difference from the trial and error method of conventional clutch system. This paper present the method for systematical design of D.M.F. system with dimensionless design varia-bles of D.M.F. system, mass ratio between two flywheels, natural frequency rate of two flywheels, and visc-osity coefficient. And expermental results are used to prove these theoretical results.
In this paper the unsteady fluid-structure interaction (FSI) problems with large structural displacement are solved by partitioned solution approaches in the arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element framework. The incompressible Navier-Stokes equations are solved by the characteristic-based split (CBS) scheme. Both a rigid body and a geometrically nonlinear solid are considered as the structural models. The latter is solved by Newton-Raphson procedure. The equation governing the structural motion is advanced by Newmark-${\beta}$ method in time. The dynamic mesh is updated by using moving submesh approach that cooperates with the ortho-semi-torsional spring analogy method. A mass source term (MST) is introduced into the CBS scheme to satisfy geometric conservation law. Three partitioned coupling strategies are developed to take FSI into account, involving the explicit, implicit and semi-implicit schemes. The semi-implicit scheme is a mixture of the explicit and implicit coupling schemes due to the fluid projection splitting. In this scheme MST is renewed for interfacial elements. Fixed-point algorithm with Aitken's ${\Delta}^2$ method is carried out to couple different solvers within the implicit and semi-implicit schemes. Flow-induced vibrations of a bridge deck and a flexible cantilever behind an obstacle are analyzed to test the performance of the proposed methods. The overall numerical results agree well with the existing data, demonstrating the validity and applicability of the present approaches.
This paper presents an anthropomorphic finger prosthesis for amputees whose proximal phalanx is mutilated. The finger prosthesis to be proposed is able to make the amputees to perform the natural motion such as flexion/extension as well as self-adaptive grasping motion as if normal human finger does. The mechanism of finger prosthesis with three degrees-of-freedom (DOFs) consists of two five-bar and one four-bar linkages. Two passive components composed of torsional spring and mechanical stopper and only one active joint are employed in order to realize an underactuation. Each passive component is installed into the five-bar linkage. In order to activate the finger prosthesis, it is required for the user to flex and extend the remaining proximal phalanx on the metacarpophalangeal (MCP) joint, not an electric motor. Thus the finger prosthesis conducts not only the natural motion according to his/her intention but also the grasping motion through the deformation of springs by the object for human finger-like behavior. In order to reveal the operation principle of the proposed mechanism, kinematic analysis is performed for the linkage design. Finally both simulations and experiments are conducted in order to reveal the design feasibility of the proposed finger mechanism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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