Air bearing is characterized by its extremely low friction and cleanliness such that it is widely used especially for spindles with ultra-high rotational speed at several tens of thousands rpm. This paper contributes to design of a static radial air bearing suggesting numerical analysis to anticipate its performances. The numerical analysis is an iteration method based on finite difference formulation of the Reynolds equation. A prototype air bearing has been designed and manufactured. Its load capacity has been measured and compared with the numerical solutions. The result shows good consistency between the experiment and theory, which informs that the numerical analysis can be used as an useful tool to anticipate the performances. Effects of design variables on the bearing performance have been examined by Taguchi's experimental methods using orthogonal array. Number of holes for supplying pressurized air, clearance between shaft and bearing, the hole diameter and bearing length are chosen for the design variables. The result shows that the clearance and the bearing length are the most influential variables while the others can be considered as almost negligible.
Cho, Hyun Ho;Kang, Junsu;Yoon, Joo Il;Joo, Han Gyu
Nuclear Engineering and Technology
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제53권5호
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pp.1403-1415
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2021
The transient capability of a SP3 based pin-wise core analysis code SPHINCS is developed and verified through the analyses of the C5G7-TD benchmark. Spatial discretization is done by the fine mesh finite difference method (FDM) within the framework of the coarse mesh finite difference (CMFD) formulation. Pin size fine meshes are used in the radial fine mesh kernels. The time derivatives of the odd moments in the time-dependent SP3 equations are neglected. The pin homogenized group constants and Super Homogenization (SPH) factors generated from the 2D single assembly calculations at the unrodded and rodded conditions are used in the transient calculations via proper interpolation involving the approximate flux weighting method for the cases that involve control rod movement. The simplifications and approximations introduced in SPHINCS are assessed and verified by solving all the problems of C5G7-TD and then by comparing with the results of the direct whole core calculation code nTRACER. It is demonstrated that SPHINCS yields accurate solutions in the transient behaviors of core power and reactivity.
A Jacobian-Free Newton Krylov Two-Nodal Coarse Mesh Finite Difference algorithm based on Nodal Expansion Method (NEM_TNCMFD_JFNK) is successfully developed and proposed to solve the three-dimensional (3D) and multi-group reactor physics models. In the NEM_TNCMFD_JFNK method, the efficient JFNK method with the Modified Incomplete LU (MILU) preconditioner is integrated and applied into the discrete systems of the NEM-based two-node CMFD method by constructing the residual functions of only the nodal average fluxes and the eigenvalue. All the nonlinear corrective nodal coupling coefficients are updated on the basis of two-nodal NEM formulation including the discontinuity factor in every few newton steps. All the expansion coefficients and interface currents of the two-node NEM need not be chosen as the solution variables to evaluate the residual functions of the NEM_TNCMFD_JFNK method, therefore, the NEM_TNCMFD_JFNK method can greatly reduce the number of solution variables and the computational cost compared with the JFNK based on the conventional NEM. Finally the NEM_TNCMFD_JFNK code is developed and then analyzed by simulating the representative PWR MOX/UO2 core benchmark, the popular NEACRP 3D core benchmark and the complicated full-core pin-by-pin homogenous core model. Numerical solutions show that the proposed NEM_TNCMFD_JFNK method with the MILU preconditioner has the good numerical accuracy and can obtain higher computational efficiency than the NEM-based two-node CMFD algorithm with the power method in the outer iteration and the Krylov method using the MILU preconditioner in the inner iteration, which indicates the NEM_TNCMFD_JFNK method can serve as a potential and efficient numerical tool for reactor neutron diffusion analysis module in the JFNK-based multiphysics coupling application.
This paper presents the effect of axial stretching on large amplitude free vibration of an extensible suspended cable supported at the same level. The model formulation developed in this study is based on the virtual work-energy functional of cables which involves strain energy due to axial stretching and work done by external forces. The difference in the Euler equations between equilibrium and motion states is considered. The resulting equations govern the horizontal and vertical motion of the cables, and are coupled and highly nonlinear. The solution for the nonlinear static equilibrium configuration is determined by the shooting method while the solution for the large amplitude free vibration is obtained by using the second-order central finite difference scheme with time integration. Numerical examples are given to demonstrate the vibration behaviour of extensible suspended cables.
This study presents a method for determining bearing stiffness and damping coefficients of air-lubricated slider bearing, and shows influences of air-bearing surface geometry(recess depth, crown an d pivot location) on flying attitude and dynamic characteristics. To derive the dynamic lubrication equation, the perturbation method is applied to the generalized lubrication equation which based on linearized Boltzmann equation. The generalized lubrication equation and the dynamic lubrication equation are converted to a control volume formulation, and then, the static and dynamic pressure distributions are calculated by finite difference method. The recess depth and crown of the slider show significantly influence on flying attitude and dynamic characteristics comparing with those of pivot location.
The coarse mesh finite difference (CMFD) method is applied to the discontinuous finite element method based discrete ordinate calculation for source convergence acceleration. The three-dimensional (3-D) DFEM-Sn code FEDONA is developed for general geometry applications as a framework for the CMFD implementation. Detailed methods for applying the CMFD acceleration are established, such as the method to acquire the coarse mesh flux and current by combining unstructured tetrahedron elements to rectangular coarse mesh geometry, and the alternating calculation method to exchange the updated flux information between the CMFD and DFEM-Sn. The partial current based CMFD (p-CMFD) is also implemented for comparison of the acceleration performance. The modified p-CMFD method is proposed to correct the weakness of the original p-CMFD formulation. The performance of CMFD acceleration is examined first for simple two-dimensional multigroup problems to investigate the effect of the problem and coarse mesh sizes. It is shown that smaller coarse meshes are more effective in the CMFD acceleration and the modified p-CMFD has similar effectiveness as the standard CMFD. The effectiveness of CMFD acceleration is then assessed for three-dimensional benchmark problems such as the IAEA (International Atomic Energy Agency) and C5G7MOX problems. It is demonstrated that a sufficiently converged solution is obtained within 7 outer iterations which would require 175 iterations with the normal DFEM-Sn calculations for the IAEA problem. It is claimed that the CMFD accelerated DFEM-Sn method can be effectively used in the practical eigenvalue calculations involving general geometries.
Kinetic energy conservation for fixed and moving grids is examined in time-accurate finite element computation of fully unsteady inviscid flows. As numerical algorithms, fractional step method (FSM) and modified SIMPLE are used. To simulate the flow in moving grid system, arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is adopted. In the present study, the energy conserving time integration rule for finite element algorithm is proposed and discussed schematically. It is shown that the discretization by Crank-Nicolson in time and Galerkin (central difference) in space must be used to ensure energy conservation. The developed code has been tested for a standing vortex in fixed or moving grid system, sloshing in a tank and propagation of a solitary wave, and has been shown to be a completely energy conserving algorithm.
본 연구에서는 미분 가능한 함수가 Taylor 전개로 표현되고 그 계수들은 주어진 함수와 미분에 대한 근사값을 제공할 수 있다는 점에 착안하여 m차 Taylor 다항식을 구성하고 이동최소제곱법을 이용하여 그 계수들을 구했다. 계산된 근사함수와 미분을 콜로케이션 개념을 바탕으로 균열 문제를 포함하는 고체문제에 대한 지배 미분방정식에 적용하여 차분식 형태의 이산화된 계방정식을 구성하였다. 본 연구의 해석기법은 격자망(grid)에 의존적이고 근사함수가 없는 유한차분법과 형상함수의 미분과 약형식의 적분산정, 필수경계조건 처리가 어려운 Galerkin법 기반의 무요소법의 단점을 효과적으로 극복한 새로운 수치기법이다.
Analyzing acoustic-structural systems such as automobiles and aircraft, the FRF-based substructuring (FBS) method is one of the most powerful tools. In this paper, a general procedure for the parametric sensitivity analysis of vibro-acoustic problems has been presented using the multi-domain FRF-based substructuring formulation. For an acoustic-structural system sub-structured by multiple domains, the substructuring formulation gives the reaction farces on the interface boundaries. The design sensitivity formula is obtained from the direct differentiation of the reaction force expression with respect to the design vector. As a practical application, the proposed design sensitivity formula is applied to an engine mount system of passenger car. An objective of the problem is to identify the most effective engine mounts and bushes in minimizing the interior noise over the concerned rpm range. The comparison of the sensitivity results with those of the finite difference method shows excellent agreement. In addition, stiffness modifications of the mounts and bushes identified through the design sensitivity analysis lead to a successful decrease of the interior noise. This results show usefulness of the present method very well.
광집게는 매질보다 큰 굴절률을 가지는 마이크로 크기의 구형 유전체를 강하게 집속되는 레이저를 이용해서 포획하고 움직이는 도구이다. 본 논문에서는 FDTD 방법을 이용해서 포획 힘을 계산하고, 그 방법을 설명하였다. 강하게 집속되는 레이저는 nonparaxial Gaussian beam을 이용해서 표현하였으며, 레이저가 대상물체와 매질에서 진행하는 것은 FDTD 방법을 이용해서 시뮬레이션 하였다. 레이저를 계산공간 전체에서 해석적으로 표현하기 위해서 scattered field formulation을 이용하였다. FDTD 방법을 이용해서 대상물체의 안팎의 전자기장을 시뮬레이션하고, 그 결과를 이용해서 Maxwell's stress tensor에 기반하여 포획 힘을 계산하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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