Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.2021-2032
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1992
A redundant sensor system, which consists of two incremental encoders and a gyro sensor, has been proposed for the estimation of the posture of mobile robots. A hardware system was built for estimating the heading angle change of the mobile robot from outputs of the gyro sensor. The proposed hardware system of the gyro sensor produced an accurate estimate for the heading angle change of the robot. A sensor data fusion algorithm has been developed to find the optimal estimates of the heading angle change based on the stochastic measurement equations of our readundant sensor system. The maximum likelihood estimation method is applied to combine the noisy measurement data from both encoders and gyro sensor. The proposed fusion algorithm demonstrated a satisfactory performance, showing significantly reduced estimation error compared to the conventional method, in various navigation experiments.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.1
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pp.107-114
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2017
A turbocharger is an engine supercharger that is driven by exhaust gas. It improves the output and fuel efficiency by increasing the charging efficiency of the mixture gas, which is achieved by changing the rotatory power of the turbine connected to the exhaust passage. It is important to control the supercharging for this purpose. A nozzle slide joint is one of the core parts. Austenitic stainless steel is currently used as the material for this part, and its excellent mechanical properties include high heat resistance and corrosion resistance. However, because of its poor machinability, there are many difficulties in producing products with complicated shapes. Machining is used in the production of nozzle slide joints for high dimensional accuracy after metal powder injection molding. As design variables in this study, we investigated the sintering temperature, product stress, deformation rate, radius of curvature of the punch, and angle of the chamfer punch, which are related to the strain and shapes. The goal is to suggest a forming process using Nitronic 60 that does not require machining to manufacture a nozzle slide joint for a turbocharger. Accordingly, we determined the best process environment using finite-element analysis, the signal-noise ratio, and the Taguchi method for experiment design. The relative density and hydrostatic pressure of the final product were in accordance with the results of the finite element analysis. Therefore, we conclude that the Taguchi method can be applied to the design process of metal powder injection molding.
A new motor-driven blood pump for artificial heart was developed. In this blood pump, a small size, high torque brushless DC motor was used as an energy converter and the motor rolls back and forth on a circular track. This movement of the "rolling-cyliner" causes blood ejection by alternately pushing left or right polyurethane blood sacs. This moving-actuator mechanism could be eliminate two potential problems of other motor-driven artificial hearts such as large size and poor anastomosis for the implantation. Theoretical analyses on the pump efficiency, the temperature rise, and the inflow mechanism were also performed. In a series of mock circulation tests, the theoretical analyses were compared to the measured hemodynamic and mechanical values. The pump system was shown to have sufficient cardiac output (upto 9 L/min), sensitivity to preload, and mechanical stability to be tested as an implantable total artificial heart.ial heart.
A LVDT is an electromechanical transducer that produces an electrical output proportional to the displacement of separate movable core. A convential LVDT in construction has a disadvantage which the measurement range to the length ratio is small. This paper proposed a new type LVDT, which improved methodes of construction. The proposed LVDT and a conventional LVDT with the same dimension are simulated by FEM. In the process of the simulation and construction, the performance of two type LVDTs are evaluated. Linearity error of a conventional LVDT was ${\pm}3\;%$ in measuring range of ${\pm}5\;mm$ and linearity error of the proposed LVDT was ${\pm}0.5\;%$ in the same range. It was evident from the theoritical relationships and the experimental results that the proposed LVDT has been better performance than a convential type.
Ji, Sang-Hoon;Hwang, Yong-Sheen;Choi, Jong-Won;Lee, Dae-Young;Park, Joon-Ho;Jang, Jae-Hyuk;Kim, Min-Soo;Cha, Suk-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.6
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pp.643-648
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2010
Portable fuel cells are commonly operated in the dead-end mode because of such as high fuel utilization. However, the performance of such systems deteriorates continuously with an increase in the amount of by-products such as water vapor and nitrogen. In this study, to verify the effect of water vapor on Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs), constant-load experiments were carried out for a current density of 600 mA/cm2 and a voltage of 0.4 V, respectively. The performance of the cell was more stable under constant voltage conditions than under constant current density conditions. Condensed water accumulated in the anode channel near the cell outlet. The experimental results show how the relative humidity (RH = 0.15, 0.4 and 0.75) of air at the cathode side affect the performance of PEMFCs with dead-end anode. At RH values higher than 0.15, the mean power density increased by up to 51% and the mean purge duration decreased by up to 25% compared to the corresponding initial values.
The physics-informed neural network (PINN) has been proposed to overcome the limitations of various numerical methods used to solve partial differential equations (PDEs) and the drawbacks of purely data-driven machine learning. The PINN directly applies PDEs to the construction of the loss function, introducing physical constraints to machine learning training. This technique can also be applied to wave equation modeling. However, to solve the wave equation using the PINN, second-order differentiations with respect to input data must be performed during neural network training, and the resulting wavefields contain complex dynamical phenomena, requiring careful strategies. This tutorial elucidates the fundamental concepts of the PINN and discusses considerations for wave equation modeling using the PINN approach. These considerations include spatial coordinate normalization, the selection of activation functions, and strategies for incorporating physics loss. Our experimental results demonstrated that normalizing the spatial coordinates of the training data leads to a more accurate reflection of initial conditions in neural network training for wave equation modeling. Furthermore, the characteristics of various functions were compared to select an appropriate activation function for wavefield prediction using neural networks. These comparisons focused on their differentiation with respect to input data and their convergence properties. Finally, the results of two scenarios for incorporating physics loss into the loss function during neural network training were compared. Through numerical experiments, a curriculum-based learning strategy, applying physics loss after the initial training steps, was more effective than utilizing physics loss from the early training steps. In addition, the effectiveness of the PINN technique was confirmed by comparing these results with those of training without any use of physics loss.
To design more efficient agricultural machinery, the accurately measuring system among many other factors is essential. A light-beam oscillographic recorder is generally used in measuring dynamic strain but it is not compatible with the extremely high speed measuring system such as 1,000 m/s, also is susceptable to damage due to vibration while using the system in field. The recorder used light sensitive paper for strip chart recording. The reading and analysis of data from the strip charts is very cumbersome, errorneous and time consuming. A microcomputer was interfaced with A/D converter, microcomputer program was developed for measuring, system calibration was done and the strain generated from a cantilever beam vibrator was measured. The results are summarized as follows. 1. Microcomputer program was developed to perform strain measuring of agricultural machine elements and could be controled freely the measuring intervals, no. of channels and no. of data. The maximum measuring speed was $62{\mu}s$. 2. Calibration the system was performed with triangle wave generated from a function generator and checked by an oscilloscope. The sampled data were processed using HP 3000 minicomputer of Chungnam National University computer center the graphical results were triangle same as input wave and so the system have been out of phase distorsion and amplitude distorsion. 3. The strain generated from a cantilever beam vibrator which has free vibration period of 0.019 second were measured by the system controlled to have l.0 ms of time interval and its computer output showing vibration curve which is well filted to theoretical value. 4. Using microcomputer on measuring the strain of agricultural machine elements could not only save analyzing time and recording papers but also get excellent adaptation to field experiment, especially in measurement requiring high speed and good precision.
Park, Cheol-Woong;Kim, Chang-gi;Oh, Se-Chul;Lee, Jang-Hee
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.25
no.2
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pp.34-41
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2021
In order to cope with the problems that may occur when the natural gas used in Korea becomes low in calories, the problems that may have to the domestic industrial gas equipment must be identified in advance, and based on this, countermeasures for efficient use of energy must be preceded. In this study, in order to solve the problem of deterioration of engine output performance and efficiency due to the introduction of low calorific gas when using a lean-burning natural gas engine that complies with the EURO-6 regulation, specific control plans and results based on the experiment are intended to be presented. In order to identify the improvement effect by the control variable represented by the ignition timing under the full load condition at the engine speed of 1,400 rpm and 550 Nm, 2,100 rpm, which is the engine speed at the rated operation condition, the thermal efficiency and exhaust gas characteristics were identified and optimized by changing the ignition timing for each gas fuel. In the case of pure methane, which shows the lowest value based on the torque under the full load condition, if the ignition timing is advanced by about 2 CAD from the reference ignition timing, the torque can be compensated without a large increase in NOx emission.
In this study, the theoretical method and the finite element analysis were designed in parallel to fabricate basic research data on the production of tool horn for cutting machine with ultrasonic vibration energy. In order to perform high-performance ultrasonic cutting, it is necessary to vibrate only with longitudinal vibration instead of transverse vibration. In order to efficiently transmit the mechanical vibration energy, the maximum amplitude should be generated at the output portion. Therefore, the tool horn must be designed so that the excitation frequency of the oscillator and the natural frequency of the tool horn are the same. In order to design the resonance of the tool horn, there are a theoretical approach using the one-dimensional wave equation and a method of reflecting the finite element analysis result to the design model. In this study, the approximate dimensions of the tool horn are first determined through the one- Based on the results of the finite element analysis, the optimal model was selected and reflected in the final shape of the tool horn. We will use this information as the basic data of actual tool horn for cutting, and will compare the production and experimental data with the contents of this research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.10
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pp.985-993
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2015
Free-piston Stirling engines (FPSEs) have attracted much attention in the renewable energy field as a key device in the conversion from thermal to mechanical energy, and in the recycling of waste energy. Traditional Stirling engines consist of two pistons that are connected by a mechanical link, while FPSEs are formed as a vibration system by connecting each piston to a spring without a physical link. To ensure the correct design and control of operations, this requires elaborate dynamic-performance predictions. In this paper, we present the performance-prediction methodology using a linear and nonlinear dynamic analytical model considering the external load of FPSEs. We perform linear analyses to predict the operating point of the engine using the root locus technique. Using nonlinear analysis, we also predict the amplitude of pistons by performing numerical integration considering both the linear and nonlinear damping terms of the external load. We utilize the predicted dynamic behavior to predict the engine performance. In addition, we compare the experiment results and existing model predictions for RE-1000 to verify the reliability of the analytical model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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