Park, Sang Joon;Lee, Jae Hyeok;Park, Sang-Shin;Kim, Gyu Ha
Tribology and Lubricants
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v.36
no.1
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pp.39-46
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2020
Air stages are usually applied to precision engineering in sectors such as the semiconductor industry owing to their excellent performance and extremely low friction. Since the productivity of a semiconductor depends on the acceleration and deceleration performance of the air stage, many attempts have been made to improve the speed of the stage. Even during sudden start or stop sequences, the stage should maintain an air film to avoid direct contact between pad and the rail. The purpose of this study is to quantitatively predict the dynamic behavior of the air stage when acceleration and deceleration occur. The air stage is composed of two parts; the stage and the guide-way. The stage transports objects to the guideway, which is supported by an externally pressurized gas bearing. In this study, we use COMSOL Multiphysics to calculate the pressure of the air film between the stage and the guide-way and solve the two-degree-of-freedom equations of motion of the stage. Based on the specified velocity conditions such as the acceleration time and the maximum velocity of stage, we calculate the eccentricity and tilting angle of the stage. The result shows that the stiffness and damping of the gas bearing have non-linear characteristics. Hence, we should consider the operating conditions in the design process of an air stage system because the dynamic behavior of the stage becomes unstable depending on the maximum velocity and the acceleration time.
In this paper, the displacement behavior and strain energy density characteristics of a safety helmet with various corrugation dampers has been analyzed based on the finite element analysis. The safety helmet is to protect impact forces and to absorb the impact energy. Three different helmet models with a corrugation damper have been compared as functions of the displacement and strain energy density characteristics when the maximum external impulsive force is imposed on the summit of the helmet. The computed FEM results show that the extruded corrugation damper is very useful to increase the damping effect of the helmet. This study indicates that the round corrugation damper may absorb the transferred impact energy successfully. Thus, this paper recommends round and long corrugation damper on the lower part of the helmet as a new design element.
Using the finite element method and Taguchi's design technique, the displacement in vertical direction, von Mises stress, and strain energy of the corrugation damper have been analyzed as functions of the extruded length and the thickness of the corrugation damper, and the upper and lower corner radii of the damper. The optimized profile design elements of a corrugation damper are very important for increasing a strain energy absorption capacity of a helmet structure, which is attacked by impulsive external forces. In this study, the optimized design data based on the Taguchi's method was computed as a corrugation damper length of L = 20 mm, a damper thickness of t = 2 mm, the upper corner radius of $R_1=4\;mm$, and the lower corner radius of $R_2=3\;mm$. The optimized design parameters of a corrugation damper indicated that the thickness and extruded length of a corrugation damper may affect to increase the strain energy, which absorbs the impact forces of the helmet.
D'Alessandro, Vincenzo;Petrone, Giuseppe;De Rosa, Sergio;Franco, Francesco
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.615-636
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2014
Aluminium Foam Sandwich (AFS) panels are becoming always more attractive in transportation applications thanks to the excellent combination of mechanical properties, high strength and stiffness, with functional ones, thermo-acoustic isolation and vibration damping. These properties strongly depend on the density of the foam, the morphology of the pores, the type (open or closed cells) and the size of the gas bubbles enclosed in the solid material. In this paper, the vibrational performances of two classes of sandwich panels with an Alulight(R) foam core are studied. Experimental tests, in terms of frequency response function and modal analysis, are performed in order to investigate the effect of different percentage of porosity in the foam, as well as the effect of the random distribution of the gas bubbles. Experimental results are used as a reference for developing numerical models using finite element approach. Firstly, a sensitivity analysis is performed in order to obtain a limit-but-bounded dynamic response, modelling the foam core as a homogeneous one. The experimental-numerical correlation is evaluated in terms of natural frequencies and mode shapes. Afterwards, an update of the previous numerical model is presented, in which the core is not longer modelled as homogeneous. Mass and stiffness are randomly distributed in the core volume, exploring the space of the eigenvectors.
This study investigates the structural characteristics of oil-free, gas beam foil journal bearings (GBFJBs) for use in high speed motors. Mathematical modeling was carried out, and reaction force modeling for static load was performed to predict the structural characteristics of the GBFJB. Mathematical modeling and reaction force modeling for static load are performed to predict the structural characteristics of GBFJBs. The reaction force of the test bearing against static loads was measured during experiments and compared with the predicted results. The measured experimental data reveal the nonlinear stiffness characteristics of the GBFJB against varying displacement and agree well with the predictions. Dynamic load tests using an exciter allow to identify the vibration characteristics of the GBFJB. Test results show that the vibration displacement, dynamic force, and acceleration measured on the test bearing are most dominant at the applied dynamic load (synchronization) frequency. Futhermore, the test results show that the hysteresis area recorded during the dynamic tests increases with the excitation amplitude and frequency, and that the beam stick phenomena occurr at high excitation frequencies. The single degree of freedom (DOF) vibration model aids to identify the stiffness and damping coefficient of the GBFJB, which decrease as the excitation frequency increases.
IntraCluster Medium (ICM) located at the galaxy cluster is in the state of very hot, tenuous, magnetized, and highly ionized X-ray emitting plasmas. High temperature and low density make ICM very viscous and conductive. In addition to the high conductivity, fluctuating random plasma motions in ICM, occurring at all evolution stages, generate and amplify the magnetic fields in such viscous ionized gas. The amplified magnetic fields in reverse drive and constrain the plasma motions beyond the viscous scale through the magnetic tension. Moreover, without the influence of resistivity viscous damping effect gets balanced only with the magnetic tension in the extended viscous scale leading to peculiar ICM energy spectra. This overall collisionless magnetohydrodynamic (MHD) turbulence in ICM was simulated using a hyper diffusivity method. The results show the plasma motions and frozen magnetic fields have power law of $E_V^k{\sim}k^{-3}$, $E_M^k{\sim}k^{-1}$. To explain these abnormal power spectra we set up two simultaneous differential equations for the kinetic and magnetic energy using an Eddy Damped Quasi Normal Markovianized (EDQNM) approximation. The solutions and dimensions of leading terms in the coupled equations derive the power spectra and tell us how the spectra are formed. We also derived the same results with a more intuitive balance relation and stationary energy transport rate.
The safety analysis of an earthquake is carried out during the operation of a subsea pipeline and an onshore pipeline. Several cases are proposed for consideration. In the case of a buried pipeline, permanent ground deformation by the earthquake and an increase of internal pressure by the acceleration of the earthquake should be considered. In the case of a subsea pipeline, a bending moment is caused by liquefaction of the backfill material on a trenched seabed, etc., which results in a high bending moment of the buried pipeline. The bending moment causes the collapse of the subsea pipeline or a leak of crude oil or gas, which results in economic loss due to enormous environmental contamination and social economic loss owing to operation functional failure. Thus, in order to prevent economic loss and operation loss, structurally sensitive design with regard to seismic characteristics must be performed in the buried pipeline in advance, and the negative impact on the buried pipeline must be minimized by conducting a thorough analysis on the seabed and backfilling material selection. Moreover, it is proposed to consider the selection of material properties for the buried pipeline. A more economical review is also required for detailed study.
Ha, Sung-Boon;Choi, Seung-Bok;Rhee, Eun-Jun;Kang, Pil-Soon
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.460-465
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2008
This paper proposes a new type of MR (magentorheological) fluid based suspension system and applies it to military vehicle for vibration control. The suspension system consists of gas spring and MR damper. The nonlinear behavior of spring characteristics is evaluated with respect to the wheel travel and damping force model due to viscosity and yield stress of MR fluid is derived. Subsequently, a military vehicle of 6WD is adopted for the integration of the MR suspension system and its nonlinear dynamic model is establishes by considering vertical, pitch and roll motion. Then, a sky-hook controller associated with semi-active actuating condition is designed to reduce the vibration. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed MR suspension system, computer simulation is undertaken showing vibration control performance such as roll angle and pitch angle evaluated under bump and random road profiles.
Ha, Sung-Hoon;Seong, Min-Sang;Heung, Quoc-Nguyen;Choi, Seung-Bok
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.581-586
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2009
This paper presents an optimal design of magnetorheological(MR) damper based on analytical methodology and finite element analysis. The proposed MR damper consists of MR valve and gas chamber. The MR valve is constrained in a specific volume and the optimization problem identifies geometric dimensions of the valve structure that maximize the pressure drop of the MR valve or damping force of the MR damper. In this work, the single-coil annular MR valve structure is considered. After describing the schematic configuration and operating principle of MR valve and damper, a quasi-static model is derived based on Bingham model of MR fluid. The magnetic circuit of the valve and damper is then analyzed by applying the Kirchoff’s law and magnetic flux conservation rule. Based on the quasi-static modeling and the magnetic circuit analysis, the optimization problem of the MR valve and damper is built. The optimal solution of the optimization problem of the MR valve structure constrained in a specific volume is then obtained and compared with the solution obtained from finite element method.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.49
no.5
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pp.212-219
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2000
This paper deals with a systematic approach to GA-PI controller design for static VAR compensator(SVC) using genetic algorithms(GAs) which are search algorithms based on the mechanics of natural of natural selection and natural genetics, to improve system stability. A SVC, one of the Flexible AC Transmission System(FACTS), constructed by a fixed capacitor(FC) and a thyristor controlled reactor(TCR), is designed and implemented to improve the damping of a synchronous generator, as well as controlling the system voltage. To verify the robustness of the proposed method, considered dynamic response of generator used deviation and generator terminal voltage by applying a power fluctuation and three-phase fault at heavy load, normal load and light load. Thus, we proved usefulness of GA-PI controller design to improve the stability of single machine-infinite bus with SVC system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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