There have been many academic researches on the aerodynamic design of wind turbine based on blade element method (BEM) and momentum theory (MT, or actuating disk theory). However, in the real world, the turbine blade design requires many additional constraints more than theoretical analysis. The standard procedure is studied in the present paper to design new blades for the wind turbine system ranged from the small size from 1 to 10 kW. From the experience of full design of a 10 kW blade, the authors tried to set up a standard procedure for the aerodynamic design based on IEC 61400-2. Wind-turbine scale, rotating speed, and geometrical chord/twist distribution at the segmented span positions are calculated with a suitable BEM/MT code, and the geometrical shape of tip and root should be modified after considering various parameters: wing-tip vortex, aerodynamic noise, turbine efficiency, structural safety, convenience of fabrication, and even economic factor likes price, etc. The evaluated data is passed to the next procedure of structural design, but some of them should still be corresponded with each other: the fluid-structure interaction is one of those problems not yet solved, for example. Consequently, the design procedure of small wind-turbine blades is set up for the mass production of commercial products in this research.
In this study, the residual stress fields of multi-pass welded were analyzed by FEA under various geometrical conditions. In order to estimate the effects of pipe geometries on residual stress distribution, welding processes of each model were performed under the same heat cycles. And then, the influence of cutting off the weld bead on the residual stress redistribution was also estimated. From the results, in the range of t/D=0.05, axial residual stresses on the outer surface of the welded pipe were linearly decreased with pipe diameter increase. On the other hand, hoop residual stresses were not influenced by them. And both axial and hoop residual stresses on the outer surface of the welded pipe were increased with pipe diameter increase. But, when t/D was smaller than 0.05, they were converged in the nearly same value. The maximum residual stresses were generated at around HAZ. It in therefore necessary to consider them in welding design, strength evaluation, and analysis of fracture characteristics.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.35
no.3
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pp.304-311
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2011
This study selects camellia flowers as a material for design development and created patterns by simplifying the image of camellia flowers and combining it with a geometrical motif. It it applied them to various fields to develop design content for fashion cultural products that were Korean, modern, and competitive. For this purpose, this paper used Adobe Illustrator CS2 to turn the camellia flower into a motif and develop it into a pattern. Based on the realistic form of camellia flower, this paper set 3 basic motifs of new formative images, using graphic elements, such as omission of a form, simplification, overlapping, repetition, and reduction, and it also developed two transformed motifs by applying a different color to each motif. This paper repetitively arranged each motif in the background of a diamond shape, a square, and a circle, and it combined each motif with the patterns of marcel, stairs, and stripes, through which it expressed the combination of the geometrical patterns and the flower patterns. Through the application of repetitive and combined patterns of each motif, the enlargement and reduction of motifs, the repetition of motifs, the combined use of motifs, and the change in colors and layout, this paper used the motifs of various fashion cultural products, such as scarves, neckties, and T-shirts.
Kim, Kiseo;Kim, Dongeon;Park, Jinhyun;Lee, Jangmyung
The Journal of Korea Robotics Society
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v.14
no.2
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pp.94-103
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2019
The optimal grasping point of the object varies depending on the shape of the object, such as the weight, the material, the grasping contact with the robot hand, and the grasping force. In order to derive the optimal grasping points for each object by a three fingered robot hand, optimal point and posture have been derived based on the geometry of the object and the hand using the artificial neural network. The optimal grasping cost function has been derived by constructing the cost function based on the probability density function of the normal distribution. Considering the characteristics of the object and the robot hand, the optimum height and width have been set to grasp the object by the robot hand. The resultant force between the contact area of the robot finger and the object has been estimated from the grasping force of the robot finger and the gravitational force of the object. In addition to these, the geometrical and gravitational center points of the object have been considered in obtaining the optimum grasping position of the robot finger and the object using the artificial neural network. To show the effectiveness of the proposed algorithm, the friction cone for the stable grasping operation has been modeled through the grasping experiments.
Paneling building facades is one of the essential procedures in building construction. Traditionally, it has been an easy task of simply projecting paneling patterns drawn in drawing boards onto 3d building facades. However, as many organic or curved building shapes are designed and constructed in modern architectural practices, the traditional one-to-one projection is becoming obsolete for the building types of the kind. That is primarily because of the geometrical discrepancies between 2d drawing boards and 3d curved building surfaces. In addition, curved compound surfaces are often utilized to accommodate the complicated spatial programs, building codes, and zoning regulations or to achieve harmonious geometrical relationships with neighboring buildings in highly developed urban contexts. The use of the compound surface apparently makes the traditional paneling pattern projection more challenging. Various mapping technics have been introduced to deal with the inabilities of the projection methods for curved facades. The mapping methods translate geometries on a 2d surface into a 3d building façade at the same topological locations rather than relying on Euclidean or Affine projection. However, due to the intrinsic differences of the planar 2d and curved 3d surfaces, the mapping often comes with noticeable distortions of the paneling patterns. Thus, this paper proposes a practical method of drawing paneling patterns directly on a curved compound surface utilizing Geodesic, which is faithful to any curved surface, to minimize unnecessary distortions.
This paper presents an inelastic buckling behavior analysis of rectangular hollow steel tubes with geometrical imperfections under elevated temperatures. The main variables are the temperature loads, slenderness ratios, and exposure conditions at high temperatures. The material and structural properties of steels at different temperatures are based on Eurocode (EN 1993-1-2, 2005). In the elastic buckling analysis, the buckling strength decreases linearly with the exposure conditions, whereas the inelastic buckling analysis shows that the buckling strength decreases in clusters based on the exposure conditions of strong and weak axes. The buckling shape of the rectangular steel column in the elastic buckling mode, which depicts geometrical imperfection, shows a shift in the position at which bending buckling occurs when the lower section of the member is exposed to high temperatures. Furthermore, lateral torsional buckling occurs owing to cross-section deformation when the strong axial plane of the model is exposed to high temperatures. The elastic buckling analysis indicates a conservative value when the model is exposed to a relatively low temperature, whereas the inelastic buckling analysis indicates a conservative value at a certain temperature or higher. The comparative results between the inelastic buckling analysis and Eurocode 3 show that a range exists in which the buckling strength in the design equation result is overestimated at elevated temperatures, and the shapes of the buckling curves are different.
The objective of this paper is to compute entire flow field over Apollo-II, Aerospace Reentry Demonstrator (ARD), Orbital Experiment (OREX) with sharp shoulder and rounded shape shoulder and Space Recovery Experiment (SRE) at different flare-cone half-angle of 20° and 35°. This paper addresses numerical solutions of the compressible three-dimensional Euler equations on hexahedral meshes for a freestream Mach 6 and at an angle of incidence 5°. Furthermore, spatial discretization is accomplished by a cell centred finite volume formulation solution and advanced in time by an explicit multi-stage Runge-Kutta method. The flow field characteristics, distribution of surface pressure coefficient and Mach number on fore-body and aft-body are presented as a function of the geometrical parameters of many reentry capsules. The surface pressure variation is numerically integrated to obtain the aerodynamic drag and compared well with impact theory. The present numerical study has observed the significant dependence of the blunt body and the aft-body geometry of the vehicle and can be used to study atmospheric conditions during re-entry trajectory. The numerical analysis reveals the significant influence of capsule geometry on the flow characteristics of the mechanism of upstream and structure of the flow near the wake region and aerodynamic drag coefficient.
Cylindrical shell structures buckle at service loads which are much lower than their associated theoretical buckling loads. The main source of this discrepancy is the presence of various imperfections which are created on the cylinder body during different processes as manufacturing, handling, assembling and machining. Many cylindrical shell structures are still designed against buckling based on the experimental data introduced by NASA SP-8007 as conservative lower bound curves. This study employed the numerical based Linear Buckling mode shape Imperfection (LBMI) method and modified it using a stochastic method to assess the effect of geometrical imperfections in more details on the buckling of cylindrical shells with and without the cutout. The comparison of results with those obtained from the numerical Simcple Perturbation Load Imperfection (SPLI) method for cylinders with and without cutout revealed a good correlation. The effect of two parameters of size and number of cutouts on the buckling load was investigated using the linear buckling and Modified LBMI methods. Results confirmed that in cylinders with a small cutout inserting geometrical imperfection using either SPLI or modified LBMI methods significantly reduced the value of the predicted buckling load. However, in cylinders with larger cutouts, the effect of the cutout is dominant, thus considering geometrical imperfection had a minor effect on the buckling loads predicted by both SPLI and modified LBMI methods. Furthermore, the modified LBMI method was employed to evaluate the combination effect of cutout numbers and size on the buckling load. It is shown that in small cutouts, an increasing in the cutout size up to a certain value resulted in a remarkable reduction of the buckling load, and beyond that limit, the buckling loads were constant against D/R ratios. In addition, the cutout number shows a more significant effect on decreasing the buckling load at small D/R ratios than large D/R ratios.
Kim, Dong Geun;Jang, Changhwan;Kim, Seong Jae;Kim, Daegyoum;Kim, Sanha
Tribology and Lubricants
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v.37
no.6
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pp.253-260
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2021
Metal pipes are used in a wide range of applications, from plumbing systems of large construction sites to small devices such as medical tools. When a liquid is enforced to flow through a metal pipe, a higher flow rate is beneficial for higher efficiency. Using high pressures can enhance the flow rate yet can be harmful for medical applications. Thus, we consider an optimal geometrical design to increase the flow rate in medical devices. In this study, we focus on cannulas, which are widely used small metal pipes for surgical procedures, such as liposuction. We characterize the internal flow rate driven by a negative pressure and explore its dependence on the key design parameters. We quantitatively analyze the suction characteristics for each design variable by conducting computational fluid dynamics simulations. In addition, we build a suction performance measurement system which enables the translational motion of cannulas with pre-programmed velocity for experimental validation. The inner diameter, section geometry, and hole configuration are the design factors to be evaluated. The effect of the inner diameter dominates over that of section geometry and hole configuration. In addition, the circular tube shape provides the maximum flow rate among the elliptical geometries. Once the flow rate exceeds a critical value, the rate becomes independent of the number and width of the suction holes. Finally, we introduce a slippery liquid-infused nanoporous surface (SLIPS) coating using nanoparticles and hydrophobic lubricants that effectively improves the flow rate and antifouling property of cannulas without altering the geometrical design parameter.
Rectangular-to-Ellipse Shape Transition (REST) inlets are a class of inward turning inlets designed for hypersonic flight. The aerodynamic design of REST inlets involves very complex flows and shock-wave patterns. These inlets are used in highly integrated propulsive systems. Often the design of these inlets may require many geometrical constraints at different cross-section. In present work a design approach for hypersonic inward-turning inlets, adapted for REST inlets, is coupled with a multi-objective optimization procedure. The automated procedure iterates on the parametric representation and on the numerical solution of a base flow from which the REST inlet is generated by using streamline tracing and shape transition algorithms. The typical design problem of optimizing the total pressure recovery and mass flow capture of the inlet is solved by the proposed procedure. The accuracy of the optimal solutions found is discussed and the performances of the designed REST inlets are investigated by means of fully 3-D Euler and 3-D RANS analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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