International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.3
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pp.341-348
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2011
The study of bacterial flagellar swimming motion remains an interesting and challenging research subject in the fields of hydrodynamics and bio-locomotion. This swimming motion is characterized by very low Reynolds numbers, which is unique and time reversible. In particular, the effect of rotation of helical flagella of bacterium on swimming motion requires detailed multi-disciplinary analysis. Clear understanding of such swimming motion will not only be beneficial for biologists but also to engineers interested in developing nanorobots mimicking bacterial swimming. In this paper, computational fluid dynamics (CFD) simulation of a three dimensional single flagellated bacteria has been developed and the fluid flow around the flagellum is investigated. CFD-based modeling studies were conducted to find the variables that affect the forward thrust experienced by the swimming bacterium. It is found that the propulsive force increases with increase in rotational velocity of flagellum and viscosity of surrounding fluid. It is also deduced from the study that the forward force depends on the geometry of helical flagella (directly proportional to square of the helical radius and inversely proportional to pitch).
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.4
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pp.247-257
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2003
This paper presents an analytical method to Investigate the stability of a hydrodynamic journal bearing with rotating herringbone grooves. The dynamic coefficients of the hydrodynamic Journal bearing are calculated using the FEM and the perturbation method. The linear equations of motion can be represented as a parametrically excited system because the dynamic coefficients have time-varying components due to the rotating grooves, even in the steady state. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by the comparison of the stability chart with the time response of the whirl radius obtained from the equations of motion. This research shows that the instability of the hydrodynamic journal bearing with rotating herringbone grooves increases with increasing eccentricity and with decreasing groove number, which play the major roles in increasing the average and variation of stiffness coefficients, respectively. It also shows that a high rotational speed is another source of instability by increasing the stiffness coefficients without changing the damping coefficients.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.6
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pp.497-504
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2015
In this paper, we study the propulsive behavior related to the flagellar motion of bacteria using a spring model. A commercial program was used to conduct simulations, and we verified the numerical technique by setting an additional rotating domain and conducting a parametric study. The numerical results are in good agreement with slender-body theory, although overall, they are not in agreement with resistive-force theory. We confirm the effect of the rotational velocity, pitch, helical radius, fluid viscosity, and, in particular, the distance from the wall on the propulsion of the spring.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.4
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pp.10-18
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2007
A tested micro axial-type turbine consists of two stages and its mean radius of rotor flow passage is 8.4 mm. This turbine could be applied to a driver of micro power system, and its rotational speed in the unloaded state reaches to 100,000 RPM. The performance of this system is sensitive depending on the blade angles of the rotor and stator because it is operated in a low partial admission rate, so a performance test is conducted through measuring the specific output power and the net specific output torque with various blade angles on the nozzle, stator and rotor. The experimental results show that the net specific output torque is varied by 15% by changing the rotor blade angle, and the optimal incidence angle is about $10.3^{\circ}$.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.9
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pp.942-949
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2014
In this paper, a new steering system for a self-balancing electric scooter is proposed with an intuitive steering command input method, where the steering command is generated from the rider's motion of shifting body to move the center of gravity toward the rotational direction. For the purpose, weight distributions on the rider's feet are measured using force sensors placed beneath the rider's feet, and the difference is applied to a steering control system. Stability of the steering system and resultant radius of gyration is investigated by modeling the steering system in consideration of the rider's motion and centrifugal force. The proposed steering system is applied to experiments, and the results are presented to prove the validity of the proposed method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.4
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pp.71-78
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2020
The rotary feed axes of a 5-axis machine tool can increase the freedom of the tool posture, while reducing feed speed and rigidity. In addition, as a ball-end mill is inevitably used during machining by rotational feed, the step-over length is reduced compared to the flat-end mill, thereby reducing the material removal rate. Therefore, this study attempts to improve the material removal rate, feed speed, and machining stability using the corner radius flat-end mill and a fixed controlled machining method for the rotary feed axes during roughing. In addition, the tapered ball-end mill and simultaneously controlled machining method for the rotary feed axes were used for finishing to improve the propeller's 5-axis machining efficiency by enhancing the surface quality. In order to create the tool path effectively and easily, we propose a specific approach for using the propeller's geometric properties and evaluate the effectiveness of the proposed method by comparing it with the method of the dedicated module.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.166-174
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2002
This paper presents an analytical method to Investigate the stability of a hydrodynamic journal bearing with rotating herringbone grooves. The dynamic coefficients of the hydrodynamic journal bearing are calculated using the FEM and the perturbation method. The linear equations of motion can be represented as a parametrically excited system because the dynamic coefficients have time-varying components due to the rotating grooves, even in the steady state. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by the comparison of the stability chart with the time response of the whirl radius obtained from the equations of motion. This research shows that the instability of the hydrodynamic journal bearing with rotating herringbone grooves increases with increasing eccentricity and with decreasing groove number, which play the major roles in increasing the average and variation of stiffness coefficients, respectively. It also shows that a high rotational speed is another source of instability by increasing the stiffness coefficients without changing the damping coefficients.
Transactions of the Society of Information Storage Systems
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v.5
no.1
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pp.19-35
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2009
The present work is an experimental and analytical study on a flexible disk rotating close to a rigid rotating disk in open air. In the analytical study, the air flow in the gap between the flexible disk and the rigid disk is modeled using Navier-Stokes and continuity equations while the flexible disk is modeled using the linear plate theory. The flow equations are discretized using the cell centered finite volume method (FVM) and solved numerically with semi-implicit pressure-linked equations (SIMPLE algorithm). The spatial terms in the disk equation are discretized using the finite difference method (FDM) and the time integration is performed using fourth-order Runge-Kutta method. An experimental test-rig is designed to investigate the dynamics of the flexible disk when rotating close to a co-rotating, a counter-rotating and a fixed rigid disk, which works as a stabilizer. The effects of rotational speed, initial gap height and inlet-hole radius on the flexible disk displacement and its vibration amplitude are investigated experimentally for the different types of stabilizer. Finally, the analytical and experimental results are compared.
We have presented the thermodynamic, structural and dynamic properties of liquid pentane isomers - normal pentane, isopentane, and neopentane - using an expanded collapsed atomic model. The thermodynamic properties show that the intermolecular interactions become weaker as the molecular shape becomes more nearly spherical and the surface area decreases with branching. The structural properties are well predicted from the site-site radial, the average end-to-end distance, and the root-mean-squared radius of gyration distribution func-tions. The dynamic properties are obtained from the time correlation functions - the mean square displacement (MSD), the velocity auto-correlation (VAC), the cosine (CAC), the stress (SAC), the pressure (PAC), and the heat flux auto-correlation (HFAC) functions - of liquid pentane isomers. Two self-diffusion coefficients of liquid pentane isomers calculated from the MSD's via the Einstein equation and the VAC's via the Green-Kubo relation show the same trend but do not coincide with the branching effect on self-diffusion. The rotational re-laxation time of liquid pentane isomers obtained from the CAC's decreases monotonously as branching increases. Two kinds of viscosities of liquid pentane isomers calculated from the SAC and PAC functions via the Green-Kubo relation have the same trend compared with the experimental results. The thermal conductivity calculated from the HFAC increases as branching increases.
The research presented in this paper deals with dynamic stability analysis of the graphene nanoplatelets (GPLs) reinforced composite spinning disk. The presented small-scaled structure is simulated as a disk covered by viscoelastic substrate which is two-parametric. The centrifugal and Coriolis impacts due to the spinning are taken into account. The stresses and strains would be obtained using the first-order-shear-deformable-theory (FSDT). For Poisson ratio, as well as various amounts of mass densities, the mixture rule is employed, while a modified Halpin-Tsai model is inserted for achieving the elasticity module. The structure's boundary conditions (BCs) are obtained employing GPLs reinforced composite (GPLRC) spinning disk's governing equations applying principle of Hamilton which is based on minimum energy and ultimately have been solved employing numerical approach called generalized-differential quadrature-method (GDQM). Spinning disk's dynamic properties with different boundary conditions (BCs) are explained due to the curves drawn by Matlab software. Also, the simply-supported boundary conditions is applied to edges 𝜃=𝜋/2, and 𝜃=3𝜋/2, while, cantilever, respectively, is analyzed in R=Ri, and R0. The final results reveal that the GPLs' weight fraction, viscoelastic substrate, various GPLs' pattern, and rotational velocity have a dramatic influence on the amplitude, and vibration behavior of a GPLRC rotating cantilevered disk. As an applicable result in related industries, the spinning velocity impact on the frequency is more effective in the higher radius ratio's amounts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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