Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.37-52
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2012
In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.19
no.1
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pp.60-70
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1995
In the field of marine transportation the energy saving is one of the most important factors for profit. In order to reduce the fuel oil consumption the ship's propulsion efficiency must be increased as much as possible. The propulsion efficiency depends upon a combination of an engine and a propeller. The propeller has better efficiency as lower rotational speed. This situation led the engine manufacturers to design the engine that has lower speed, longer stroke and a small number of cylinders. Consequently the variation of rotational torque became larger than before because of the longer delay-time in the fuel oil injection process and an increased output per cylinder. As this new trends the conventional mechanical-hydrualic governors for engine speed control have been replaced by digital speed controllers which adopted the PID control or the optimal control algorithm. But these control algorithms have not enough robustness to suppress the variation of the delay-time and the parameter pertubation. In this paper we consider the delay-time and the perturbation of engine parameters as the modeling uncetainties. Next we design the controller which has zero offset in steady state engine speed, based on the two-degree-of-freedom control theory and $\mu$-synthesis. Thd validity of the controller is investigated through the response simulation. We use a personal computer and an analog computer as the digital controller and the engine (plant) part respectively. And, we certify that the designed controller maintains its performance even though the engine parameters may vary.
Lee Jun-Woo;Choe, Kyoung-Geun;Cho, Hun-Hee;Jeong, Seong-Kyun;Bong, Jae-Hwan
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.3
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pp.507-514
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2022
Mobile manipulators are getting lime light in the field of home automation due to their mobility and manipulation capabilities. In this paper, we developed a small size manipulator system that can be mounted on a mobile robot as a preliminary study to develop a mobile manipulator. The developed manipulator has four degree-of-freedom. At the end-effector of manipulator, there are a camera and a gripper to recognize and manipulate the object. One of four degree-of-freedom is linear motion in vertical direction for better interaction with human hands which are located higher than the mobile manipulator. The developed manipulator was designed to dispose the four actuators close to the base of the manipulator to reduce rotational inertia of the manipulator, which improves stability of manipulation and reduces the risk of rollover. The developed manipulator repeatedly performed a pick and place task and successfully manipulate the object within the workspace of manipulator.
Dynamic response analysis of offshore triceratops with stiffened buoyant legs under impact and non-impact waves is presented. Triceratops is relatively new-generation complaint platform being explored in the recent past for its suitability in ultra-deep waters. Buoyant legs support the deck through ball joints, which partially isolate the deck by not transferring rotation from legs to the deck. Buoyant legs are interconnected using equally spaced stiffeners, inducing more integral action in dispersing the encountered wave loads. Two typical nonlinear waves under very high sea state are used to simulate impact and non-impact waves. Parameters of JONSWAP spectrum are chosen to produce waves with high vertical and horizontal asymmetries. Impact waves are simulated by steep, front asymmetric waves while non-impact waves are simulated using Stokes nonlinear irregular waves. Based on the numerical analyses presented, it is seen that the platform experiences both steady state (springing) and transient response (ringing) of high amplitudes. Response of the deck shows significant reduction in rotational degrees-of-freedom due to isolation offered by ball joints. Weak-asymmetric waves, resulting in non-impact waves cause steady state response. Beat phenomenon is noticed in almost all degrees-of-freedom but values in sway, roll and yaw are considerably low as angle of incidence is zero degrees. Impact waves cause response in higher frequencies; bursting nature of pitch response is a clear manifestation of the effect of impact waves on buoyant legs. Non-impact waves cause response similar to that of a beating phenomenon in all active degrees-of-freedom, which otherwise would not be present under normal loading. Power spectral density plots show energy content of response for a wide bandwidth of frequencies, indicating an alarming behaviour apart from being highly nonlinear. Heave, being one of the stiff degrees-of-freedom is triggered under non-impact waves, which resulted in tether tension variation under non-impact waves as well. Reduced deck response aids functional requirements of triceratops even under impact and non-impact waves. Stiffened group of buoyant legs enable a monolithic behaviour, enhancing stiffness in vertical plane.
Ball bearings have been widely used for the spindle motor bearing in various kinds of information storage devices. Recently many researchers have been trying to replace ball bearings with fluid film bearings because of their superior NRRO(non-repeatable runout) characteristics. In this study, a numerical analysis has been conducted for the complicate bearing system composed of herringbone groove journal bearing and spiral groove thrust bearing for the spindle motor of the information storage device. At first, spindle motor bearing is modeled as journal bearing part and thrust bearing part separately, and then observed various influences of geometric parameters. Previous studies had considered only the translational motion of the journal bearing. However, this study takes the additional 2-degree of freedom rotation into consideration to attempt to describe the real motion of the spindle bearing. As a result, rotational stiffness coefficients and rotational damping coefficients are obtained. In addition, a spindle bearing system made up of four bearings is modeled and interpreted at once and coefficients of dynamic characteristics of each bearing are obtained. Finally, an eigen analysis of bearing system is made with these results. Through this analysis, it is possible to estimate an unstable condition of the system for given geometric parameters and to propose a method which is able to avoid the unstable condition by a proper adjustment of geometric parameters.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.735-739
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2013
The error motion of a machine tool spindle directly affects the surface errors of machined parts. Spindle motion errors such as three translational motions and two rotational motions are undesirable. These are usually due to the imperfectness of bearings, stiffness of spindle, assembly errors, and external force or unbalance of rotors. The error motions of the spindle need to be reduced for achieving the desired performance. Therefore, the level of error motion needs to be estimated during the design and assembly process of the spindle. In this study, an estimation method for five degree-of-freedom (5 DOF) error motions for a spindle with an angular contact ball bearing is suggested. To estimate the error motions of the spindle, the waviness of the inner-race of bearings and an external force model were used as input data. The estimation model considers the geometric relationship and force equilibrium of the five DOFs. To calculate the error motions of the spindle, not only the imperfections of the shaft and bearings but also driving elements such as belt pulley and direct driving motor systems are considered.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.9
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pp.905-912
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2008
Notion sickness is well known to be caused by long time exposure to the very low frequency motion in the multiple axes of human body Since the vestibular system for the perception of low frequency motion is located in the head, accurate measurement of 6 degree of freedom head motion is of great importance. In this study, the measurement system consisting of a safety helmet and 9 translational accelerometers was constructed for the estimation of 3 translational and 3 rotational motions of human head. Since estimation errors of 3 rotational components can be significantly magnified even by small offset of the sensitivity axis from the geometric center of an accelerometer, accurate measurement of sensitivity axis must be preceded. The method for accurate estimation of the offset was proposed, and the effect of offset on the estimation of angular acceleration was investigated.
A challenging issue in design and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system is to determine where a number of sensors are properly installed. In this paper, research on the optimal sensor placement (OSP) is carried out on the Canton Tower (formerly named Guangzhou New Television Tower) of 610 m high. To avoid the intensive computationally-demanding problem caused by tens of thousands of degrees of freedom (DOFs) involved in the dynamic analysis, the three dimension finite element (FE) model of the Canton Tower is first simplified to a system with less DOFs. Considering that the sensors can be physically arranged only in the translational DOFs of the structure, but not in the rotational DOFs, a new method of taking the horizontal DOF as the master DOF and rotational DOF as the slave DOF, and reducing the slave DOF by model reduction is proposed. The reduced model is obtained by IIRS method and compared with the models reduced by Guyan, Kuhar, and IRS methods. Finally, the OSP of the Canton Tower is obtained by a kind of dual-structure coding based generalized genetic algorithm (GGA).
The aim of this work is the development of a 2D quadrilateral isoparametric finite element model, based on a layerwise approach, for the bending analysis of sandwich plates. The face sheets and the core are modeled individually using, respectively, the first order shear deformation theory and the third-order plate theory. The displacement continuity condition at the interfaces 'face sheets-core' is satisfied. The assumed natural strains method is introduced to avoid an eventual shear locking phenomenon. The developed element is a four-nodded isoparametric element with fifty two degrees-of-freedom (52 DOF). Each face sheet has only two rotational DOF per node and the core has nine DOF per node: six rotational degrees and three translation components which are common for the all sandwich layers. The performance of the proposed element model is assessed by six examples, considering symmetric/unsymmetric composite sandwich plates with different aspect ratios, loadings and boundary conditions. The numerical results obtained are compared with the analytical solutions and the numerical results obtained by other authors. The results indicate that the proposed element model is promising in terms of the accuracy and the convergence speed for both thin and thick plates.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.1
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pp.73-81
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2002
This paper introduces a four-Pole Lorentz force type self-bearing motor in which a new winding configuration is proposed to enable the sing1e winding to function both as a synchronous PM motor and as a magnetic bearing. The Lorentz force type has some good points such as the linearity of control force, freedom from flux saturation, and high efficiency, unlike conventional self-bearing motors using a reluctance force. And also, compared with the previously proposed eight-pole type, this four-pole self-bearing motor is more profitable for high rotational speed. In this paper, mathematical expressions of torque and radial force in the proposed self-bearing motor are derived to show that they can be separately controlled regardless of rotational speed and time. For verification of the theory, a prototype is made, where a ring-shape outer rotor is actively controlled in two radial directions while the other motions are passively stable supposing the radial stability. Through some experiments. it is shown that the proposed scheme can provide high capability and feasibility for a small high-speed self-bearing motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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