This paper presents a control-oriented dynamical model of a towing rope system with variable-length. In this system, a winch driven by a motor's torque uses the towing rope to pull a cart. In general, it is a difficult and complicated process to obtain an accurate mathematical model for this system. In particular, if the rope length is varied by operating the winch, the varying rope dynamics needs to be considered, and the key physical parameters need to be re-identified... However, real time parameter identification requires long computation time for the control scheme, and hence undesirable control performance. Therefore, in this article, the rope is modeled as a straight massless segment, with the mass of rope being considered partly with that of the cart, and partly as halfway to the winch. In addition, the changing spring constant and damping constant of the towing rope are accounted for as part of the dynamics of the winch. Finally, a reduced-order observer-based servomechanism controller is designed for the system, and the performance is evaluated by computer simulation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1208-1216
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2007
Turbomachinery such as turbines, pumps and compressors, which are installed in transportation systems, including aircrafts, ships, and space vehicles, etc., often perform crucial missions and are exposed to potential dangerous impact environments such as base-transferred shock forces. To protect turbomachinery from excessive shock forces, it may be needed to accurately analyze transient responses of their rotors, considering the dynamics of mount designs to be applied. In this study a generalized FE transient response analysis model, introducing relative displacements, is proposed to accurately predict transient responses of a flexible rotor-bearing system with mount systems to base-transferred shock forces. In the transient analyses the state-space Newmark method of a direct time integration scheme is utilized, which is based on the average velocity concept. Results show that for the identical mount systems considered, the proposed FE-based detailed flexible rotor model yields more reduced transient vibration responses to the same shocks than a conventional simple model, obtained by treating a rotor as concentrated lumped mass, equivalent spring and a damper or Jeffcott rotor model. Hence, in order to design a rotor-bearing system with a more compact light-weighted mount system, preparing against any potential excessive shock, the proposed FE transient response analysis model herein is recommended.
Transmission tower-line system is one of most critical lifeline systems to cities. However, it is found that the transmission tower-line system is prone to be damaged by earthquakes in past decades. To mitigate seismic demands, this study introduces a tuned-mass damper (TMD) using superelastic shape memory alloy (SMA) spring for the system. In addition, considering the dynamic characteristics of both tower-line system and SMA are affected by temperature change. Particular attention is paid on the effect of temperature variation on seismic behavior. In doing so, the SMA-TMD is installed into the system, and its properties are optimized through parametric analyses. The considered temperature range is from -40 to $40^{\circ}C$. The seismic control effect of using SMA-TMD is investigated under the considered temperatures. Interested seismic performance indices include peak displacement and peak acceleration at the tower top and the height-wise deformation. Parametric analyses on seismic intensity and frequency ratio were carried out as well. This study indicates that the nonlinear behavior of SMA-TMD is critical to the control effect, and proper tuning before application is advisable. Seismic demand mitigation is always achieved in this wide temperature range, and the control effect is increased at high temperatures.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.7
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pp.523-528
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2020
A lateral type MEMS inertial switch was designed on the same principle as spring-mass system. The MEMS switch is used for arming mechanism of the arm-fire device by sensing the applied acceleration. We analyzed the switching capability of the MEMS switch under various acceleration conditions via performance model. Simulation results showed that the MEMS switch works very well at 10 g when the applied acceleration slope does not exceed 10 g/msec. On the other hand, the threshold operating acceleration level simulation exceeded the requirement (10±2 g) due to the width and length of the spring by considering 10% tolerance of the design values. Design modification of doubling the width of the spring, which is difficult to reduce less than 10% tolerance in fabrication process, was proposed after confirming the simulation results comply the requirement.
The Measurement of Pollution in the Troposphere (MOPITT) instrument is an eight-channel gas correlation radiometer that launched on the Earth Observing System (EOS) Terra spacecraft in 1999. Its main objectives are to measure carbon monoxide (CO) and methane (CH4) concentrations in the troposphere. This study analyzes tropospheric carbon monoxide distributions using MOPITT data and compare with ozone distributions in Northeast Asia. In general, seasonal CO variations are characterized by a peak in spring and decrease in summer. Also, this study revealed that the seasonal cycles of CO are maximum in spring and minimum in summer with average concentrations ranging from 118ppbv to 170ppbv. The monthly average of CO shows a similar profile to those of O3. This fact clearly indicates that the high concentration of CO in spring is caused by two possible causes: the photochemical CO production in the troposphere, or the transport of the CO in the northeast Asia. The CO and $O_3$ seasonal cycles in the Northeast Asia are influenced extensively by the seasonal exchange of the different types of air mass due to the Asian monsoon. The continental air masses contain high concentrations of $O_3$ and CO due to higher continental background concentrations and sometimes due to the contribution of regional pollution. In summer the transport pattern is reversed. The Pacific marine air masses prevail over Korea, so that the marine air masses bring low concentrations of CO and $O_3$, which tend to give the apparent minimum in summer.
Most dynamic systems have are known to various random properties in excitation and system parameters. In this paper, a procedure for response analysis is proposed for the linear dynamic system with random properties in both excitation and system parameters. The system parameters and responses with random properties are modeled by perturbation technique, and then response analysis is formulated by probabilistic and vibration theories. And probabilistic FEM is also used for the calculation of mean response which is difficult by the proposed response model. As an applicative example, the transient response is considered for systems of single degree of freedom with random mass and spring constant subjected to stationary white-noise excitation and the results are compared to those of numerical simulation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.2
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pp.210-216
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2016
In this work, performance analysis to improve ride comfort of an ER (electrorheological) fluid damper for a mid-sized passenger vehicle in terms of tire pressure is presented. An ER damper by considering specification for a mid-sized commercial passenger vehicle is proposed and mechanically designed. After manufacturing and assembling the proposed ER damper with design parameters, their performance such as field-dependent damping forces are experimentally measured. A quarter-vehicle ER ECS (Electronic Control Suspension) system consisting of the ER damper, sprung mass, spring, sky-hook controller and tire is constructed to analysis the ride comfort performances. Vertical tire stiffness with different tire pressure is experimentally measured and investigated. In addition, ride comfort analysis such as vertical acceleration root mean square (RMS) of sprung mass is investigated under bump road using quarter-vehicle test equipment.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.20
no.5
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pp.431-439
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2017
Since the power transmission line(PTL) passes through the high mountain and heavy snowfall region, it is necessary to keep the stability of the PTL. In this study, PTL is modeled as a mass-spring-damper system by using RecurDyn. The lumped mass model is verified by calculated from the simulation comparing the deflection analysis according to the sag and tension. In order to analyze the dynamic behavior of PTL, a damping coefficient for a multi-body model is derived by using the free vibration test and Rayleigh damping theory. Sleet jump simulation according to the region is performed. The maximum jump height, icing sag and amount of jump are confirmed. Also, the amount of jump and the reaction force at the supporting point according to the tension and load of ice are analyzed, respectively. As a result, it is noted that the amount of jump and reaction force are influenced more by the load of ice than by the tension of PTL.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.6
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pp.447-452
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2017
A rigid body supported by 4 linear springs has been analyzed, to investigate the effects of eccentricities on the vibration responses for naval shipboard equipments supported by elastic mounts. Considering mount eccentricity (the location of the center of spring reaction forces relative to the mass center) and excitation force eccentricity (the location of the center of the excitation force relative to the mass center), the vibration phenomena have been formulated and discussed. Also, the effects of the eccentricities have been evaluated and discussed for the elastically mounted naval shipboard equipment. Results show that the mount eccentricity has little effects on the structure-borne noise above the natural frequency of the system, however the excitation force eccentricity has significant effects all over the frequency range.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.7
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pp.663-671
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2008
This paper presents a real-time haptic rendering method for multi-contact interaction with virtual environments. Haptic systems often employ physics-based deformation models such as finite-element models and mass-spring models which demand heavy computational overhead. The haptic system can be designed to have two sampling times, T and JT, for the haptic loop and the graphic loop, respectively. A multi-rate output-estimation with an exponential forgetting factor is proposed to implement real-time haptic rendering for the haptic systems with two sampling rates. The computational burden of the output-estimation increases rapidly as the number of contact points increases. To reduce the computation of the estimation, the multi-rate output-estimation with reduced parameters is developed in this paper. Performance of the new output-estimation with reduced parameters is compared with the original output-estimation with full parameters and an exponential forgetting factor. Estimated outputs are computed from the estimated input-output model at a high rate, and trace the analytical outputs computed from the deformation model. The performance is demonstrated by simulation with a linear tensor-mass model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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