Hamza Umar;Christopher Mullen;Soobum Lee;Jaeyun Lee;Jaehoon Kim
Smart Structures and Systems
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v.32
no.6
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pp.383-391
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2023
Energy harvesting in trams may become a prevalent source of passive energy generation due to the high density of vibrational energy, and this may help power structural health monitoring systems for the trams. This paper presents a broadband vibrational energy harvesting device design that utilizes a varied frequency from a tram vehicle using a 2 DOF vibrational system combined with electromagnetic energy conversion. This paper will demonstrate stepwise optimization processes to determine mechanical parameters for frequency tuning to adjust to the trams' operational conditions, and electromagnetic parameters for the whole system design to maximize power output. The initial optimization will determine 5 important design parameters in a 2 DOF vibrational system, namely the masses (m1, m2 (and spring constants (k1, k2, k3). The second step will use these parameters as initial guesses for the second optimization which will maintain the ratios of these parameters and present electrical parameters to maximize the power output from this system. The obtained values indicated a successful demonstration of design optimization as the average power generated increased from 1.475 mW to 17.44 mW (around 12 times).
Two types of numerical modeling techniques were considered for the dynamic response of a structure subjected to a ground acceleration. One technique is based on the equation of motion relative to ground motion, and the other is based on the equation of absolute motion of the structure and the ground. The analytic background of the former is well established while the latter has not yet been extensively verified. The latter is called a large mass method, which allocates an appropriate large mass to the ground so that it causes the ground to move according to a given acceleration time history. In this paper, through the use of a single degree-of-freedom spring-mass system, the equations of motion of the two techniques were analyzed and useful theorems are provided on the large mass method. Using simple examples, the numerical results of the two modeling techniques were compared with analytic solutions. It is shown that the theorems provide a clear insight on the large mass method.
Proceedings of the Korea Society for Simulation Conference
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2004.05a
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pp.131-135
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2004
Landing gear force reaction module is important for aircraft take off and landing simulation. But usually this modulo is not accounted for control law design simulation. because it does not affect the flying quality of aircraft. Now a days, this module is getting more important according to the increase of needs for training purpose simulation and specific control law design such as unmaned aircraft landing on the moving platform. In this paper 1DOF mass spring simple force system per gear was accepted.
Park, Sung-Kyoon;Jeong, Hee-Moon;Kim, Myung-Hoon;Kim, Hyung-Tae;Ha, Sung-Kyu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1840-1848
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2003
This paper presents the structural analysis and optimum design of a vertical micro-gyroscope with decoupled 2 degrees of freedom (DOF), driven by electrostatic force. Simplified beam models were presented to derive the structural stiffness of the driving spring of the U shape and the sensing spring of I shape. A finite element analysis (FEA) was performed to validate each derivation. A total mass and a polar mass moment of inertia were also obtained and used in calculating the resonance frequency at each mode of the 2 DOF. The resonance frequencies of the total system were calculated using the proposed models and it has been found that they were in excellent agreement with those of the FEA. Finally, the developed analysis program was then linked to an optimum design module, and an optimum design of the micro-gyroscope was successfully performed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.2
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pp.177-184
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2008
The dynamic stability of elastically restrained cantilever pipe conveying fluid with crack is investigated in this paper. The pipe, which is fixed at one end, is assumed to rest on an intermediate spring support. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by the energy expressions using extended Hamilton's Principle. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged pipe segments. The influence of a crack severity and position, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe by the numerical method are studied. Also, the critical flow velocity for the flutter and divergence due to variation in the support location and the stiffness of the spring support is presented. The stability maps of the pipe system are obtained as a function of mass ratios and effect of crack.
Objective: The human body is often modelled as a spring-mass system. Lower extremity stiffness has been considered to be one of key factor in the performance enhancement of running, jumping, and hopping involved sports activities. There are several different classification of lower extremity stiffness consisting of vertical stiffness, leg stiffness, joint stiffness, as well as muscle and tendon stiffness. The primary purpose of this paper was to review the literature and describe different stiffness models and discuss applications of stiffness models while engaging in sports activities. In addition, this paper provided a current update of the lower extremity literature as it investigates the relationships between lower extremity stiffness and both functional performance and injury. Summary: Because various methods for measuring lower extremity stiffness are existing, measurements should always be accompanied by a detailed description including type of stiffness, testing method and calculation method. Moreover, investigator should be cautious when comparing lower extremity stiffness from different methods. Some evidence highlights that optimal degree of lower extremity stiffness is required for successful athletic performance. However, the actual magnitude of stiffness required to optimize performance is relatively unexplored. Direct relationship between lower extremity stiffness and lower extremity injuries has not clearly been established yet. Overall, high stiffness is potentially associate risk factors of lower extremity injuries although some of the evidence is controversial. Prospective injures studies are necessary to confirm this relationship. Moreover, further biomechanical and physiological investigation is needed to identify the optimal regulation of the lower limb stiffness behavior and its impact on athletic performance and lower limb injuries.
The purpose of this study is to examine the feasibility of using stable isotopes as a hydrologic tracer, and to elucidate the groundwater circulation system and the source of S component dissolved in thermal water of the Chonju Jukrim thermal spring district based on the O, H and S isotopic variabilities of environmental materials including bedrock, rainwater, surface water, shallow subsurface water and thermal spring water. The ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ of subsurface waters and surface water show highly restricted range and plotted on the same meteoric water line as a ${\delta}D=8{\delta}^{18}O+19$ line, and derivate from the mean annual isotopic composition of the rain water but are analogous to those of rain waters precipitated during winter season, indicating that ground waters are originated from the meteoric water and are strongly affected by the seasonal variation of air mass. Thermal spring waters are more depleted in ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ than those of shallow ground water and surface water. It can be explained by the difference of recharge area. The hydrochemical properties of subsurface waters and surface water devide into two groups: $Ca(HCO_3)_2$ type including shallow subsurface water and surface water, and $Na(HCO_3)$ type of thermal spring waters. The ${\delta}^{34}S$ values of thermal spring water show very high positive and quitely distinct from those of shallow subsurface water and surface water that are similar to those of bed rocks, indicating that sulfate dissolved in thermal spring water has not only a terrigenic origin, but also originates partially from the foreign source containing very heavy ${\delta}^{34}S$ component such as an ancient sea water. However, the presence of $H_2S$ can not be ignore the affact of the isotopic fractionation to explaine the heavy ${\delta}^{34}S$ of thermal spring water. Overall, the Oxygen and Hydrogen stable isotopes can identify the source and the circulation system of the natural waters and the S-isotopes can provide a crucial clue on tracing the dissolved material transports in the circulation system of the natural water.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.3
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pp.382-393
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2006
Mechanical system dynamics plays an important role in the area of computational structural biology. Elastic network models (ENMs) for macromolecules (e.g., polymers, proteins, and nucleic acids such as DNA and RNA) have been developed to understand the relationship between their structure and biological function. For example. a protein, which is basically a folded polypeptide chain, can be simply modeled as a mass-spring system from the mechanical viewpoint. Since the conformational flexibility of a protein is dominantly subject to its chemical bond interactions (e.g., covalent bonds, salt bridges, and hydrogen bonds), these constraints can be modeled as linear spring connections between spatially proximal representatives in a variety of coarse-grained ENMs. Coarse-graining approaches enable one to simulate harmonic and anharmonic motions of large macromolecules in a PC, while all-atom based molecular dynamics (MD) simulation has been conventionally performed with an aid of supercomputer. A harmonic analysis of a macroscopic mechanical system, called normal mode analysis, has been adopted to analyze thermal fluctuations of a microscopic biological system around its equilibrium state. Furthermore, a structure-based system optimization, called elastic network interpolation, has been developed to predict nonlinear transition (or folding) pathways between two different functional states of a same macromolecule. The good agreement of simulation and experiment allows the employment of coarse-grained ENMs as a versatile tool for the study of macromolecular dynamics.
This paper describes frequency response of two-mass system for gyroscope applications. The two-mass system of the proposed device is adapted to the sensing part of the gyroscope in this research. Two-mass system has two resonant peaks and wide flat region between two resonant peaks. The resonant frequency of driving part is in this flat region. Therefore, frequency tuning is not necessary for mode matching. In the proposed device, resonant frequency is designed as 7183 Hz in driving part. Mass ratio of two masses in sensing part is 0.1 and device size is 6 mm $\times$ 6 mm. The device is fabricated by SiOG process. The fabricated spring width is increased from $4{\mu}m$ to $4.5{\sim}4.7{\mu}m$, and the measured resonant frequency is 8392 Hz in driving mode. We operated the sensing part using parallel plate of proof mass to verify the sensing part. It is confirmed the device has a wide fiat region in frequency response curve and the resonant frequency of the driving part is in the wide flat region of sensing mode.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.689-694
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2003
An iterative modal analysis approach is developed to determine the effect of transverse open cracks on the dynamic behavior of simply supported pipe conveying fluid subject to the moving mass. The equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influences of the velocity of moving mass and the velocity of fluid flow and a crack have been studied on the dynamic behavior of a simply supported pipe system by numerical method. The presence of crack results in higher deflections of pipe. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments i.e. the crack is modelled as a rotational spring. Totally, as the velocity of fluid flow and the crack severity are increased, the mid-span deflection of simply supported pipe conveying fluid is increased. The time which produce the maximum dynamic deflection of the simply supported pipe is delayed according to the increment of the crack severity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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