Kim, Sung Joon;Lee, Seunggyu;Kim, Sung Chan;Kim, Tae-Uk;Kim, Seungho
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.22
no.3
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pp.68-73
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2014
Research is being carried out at Korea Aerospace Research Institute with aim of design a HALE UAV(High Altitude Long Endurance Unmanned Air Vehicle). HALE UAVs are ideally suited to provide surveillance, remote sensing and communication relay capabilities for both military and civilian applications. HALE UAVs typically cruise at an altitude between 15 km and 20 km, travelling at low speed and circling specific area of interest. Airframe structural point of view, weight reduction of the airframe structure is the most important method to improve the flight efficiency. High modulus CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) has been used in designing the structure in order to minimize the airframe weight. With respect to structural design and analysis, the key question is to decide an adequate airworthiness certification base to define suitable load cases for sizing of various structural components. In this study, FAR(Federal Aviation Regulation) 23 have constituted the guidance and benchmark throughout all structural studies. And the MSC/FlightLoads was introduced to analyze the flight loads for the HALE UAV. The MSC/FlightLoads can compute the flexible air load and analyzed loads are distributed on structural model directly. A preliminary structural concept was defined in accordance with the estimated inertial and aerodynamic loads. A FEM analysis was carried out using the MSC/Nastran code to predict the static and dynamic behaviour of UAV structure.
Kim, Jae Jun;Kim, Kyung;Seo, Young Soo;Kim, Jae Won;Kim, Je Nam;Chong, Wu Suk;Yu, Chang Ho;Kwon, Tae Kyu;Song, Won Kyung
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.9
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pp.761-768
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2016
Weight bearing is effective during rehabilitation of gait, in the elderly and disabled people. Various training devices using weight bearing function were developed along with treadmill walking; however, no device has been developed in conjunction to walking on the ground. Here, we designed a rail type frame of a gait rehabilitation system for body-weight support (BWS) function, and analyzed its mechanical safety in the static weight bearing condition of a vertical axis. Computational simulations were performed to analyze structure of the driving parts, which are connected with a rail and driving rollers and the lower plate of the BWS. Structural analyses showed the drivers and BWS were safe, when simulated at 135kg weight under static conditions. Thus, this rail type rehabilitation system can be used for gait training of the elderly and disabled.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.591-598
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2002
In the ship structural design, the material cost of hull weight and the overall cost of construction processes should be minimized considering safety and reliability. In the past, minimum weight design has been mainly focused on reducing material cost and increasing dead weight reflect the interests of a ship's owner. But, in the past experience, the minimum weight design has been inevitably lead to increasing the construction cost. Therefore, it is necessary that the designer of ship structure should consider both structural weight and construction cost. In this point of view, multi-objective optimization technique is proposed to design the ship structure in this study. According to the proposed algorithm, the results of optimization were compared to the structural design of actual VLCC(Very Large Crude Oil Carrier). Objective functions were weight cost and construction cost of VLCC, and ES(Evolution Strategies), one of the stochastic search methods, was used as an optimization solver. For the scantlings of members and the estimations of objectives, classification rule was adopted for the longitudinal members, and the direct calculation method, GSDM(Generalized Slope Deflection Method), lot the transverse members. To choose the most economical design point among the results of Pareto optimal set, RFR(Required Freight Rate) was evaluated for each Pareto point, and compared to actual ship.
In the view of the importance of material reduction due to the jump in oil and steel prices, an optimized structural system for lifting lugs was developed. Such a system is needed hundreds of thousands of times a year. A direct design process was added to this developed optimized system to increase the design efficiency and provide a way of directly inserting a designer's decisions into the design system process. In order to verify the system efficiency and convenience, several new prototype lug shapes were suggested using the developed system. From these research results, it was found that the slope of the main plate of the lug structure has a tendency to move from about 45 degrees to about 60 degrees and the design weight was reduced from an initial value of about 32kgf to about $15{\sim}19kg_f$ after the redesign. Based on these initial research results, an efficient reduction in steel weight was expected considering the enormous consumption of lug structures per year. Additionally, a more detail structural analysis through local strength evaluations will be performed to verify the efficiency of the optimum structural design for a lug structure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.2
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pp.79-88
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2016
Modular buildings are constructed by assembling modular units which are prefabricated in a factory and delivered to the site. However, due to a problem of noise between floors, concrete slab is usually poured at the top or bottom level of a modular unit in Korea. This greatly increases the weight of buildings, but designing vertical members of modular units to resist overall gravity loads is very inefficient. In this study, considering domestic building construction practices, feasible structural systems for tall modular buildings are proposed in which separate steel frames and reinforced concrete core walls are designed to resist gravity and lateral loads. To verify performance, a three-dimensional structural analysis has been performed with two types of prototype buildings, i.e., a residential building and a hotel. From the results, wind-induced lateral displacements and seismic story drifts are examined and compared with their limit values. Between the two kinds of buildings, the efficiency of the proposed system is also evaluated through a comparison of the weight of structural components. Finally, the effect of a floor diaphragm on the overall behavior is analyzed and discussed.
The use of engineering plastic products in internal combustion engine and electric cars to improve stiffness and reduce weight is increasing significantly. Among various lightweight materials, engineering plastics have significant advantages such as cost reduction, improved productivity, and weight reduction. In particular, engineering plastics containing glass fibers are used to enhance stiffness. However, the stiffness of glass fibers can increase or decrease depending on their orientation. Before developing plastic products, optimal designs are determined through injection molding and structural analysis to enhance product reliability. However, reliable analysis of products with variable stiffnesses caused by anisotropy cannot be achieved via the conventional isotropic structural analysis, which does not consider anisotropy. Therefore, based on the previously reported study "the Effect of Impacted Fracture in Glass Fiber Orientation with Injection Molding & Structural Coupled Analysis," this study aims to investigate the structural analysis and degradation mechanisms of various polymers. In particular, this study elucidates the actual mechanism of plastic fracture by analyzing various fracture conditions and their corresponding simulations. Furthermore, the objective of this study is to apply the injection molding and structural coupled analysis mechanism to develop engineering plastic products containing glass fibers. In addition, the study aims to apply and improve the plastic fracture mechanism in actual products by exploring anisotropy and stiffness reduction owing to the unfilled polymer weld line.
Shin, Jeong Woo;Park, Sang Wook;Lee, Mu-Hyoung;Kim, Tae-Uk
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.22
no.2
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pp.27-33
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2014
There are several methods to improve the flight efficiency of HALE(High Altitude Long Endurance) UAV(Unmaned Aerial Vehicle). Airframe structural point of view, weight reduction of the airframe structure is the most important method to improve the flight efficiency. In order to reduce the weight of airframe structures, new concepts which are different from traditional airframe structure design such as the mylar wing skin should be introduced. The spar is the most important component in a mylar skin wing structure, so the spar weight reduction is the key point for reduction of the wing structural weight. In this study, design trade-off study for the front spar of the HALE UAV wing is conducted in order to reduce the weight. Design and analysis procedure of high aspect ratio wing spar are introduced. Several front spar structures are designed and trade-off study regarding the weight and strength for the each spar are performed. Spar design configurations are verified by the static strength test. Finally, optimal front spar design is decided and applied to the HALE UAV wing design.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.161-166
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2001
This study intends to reduce the weight of structure without changing the dynamic characteristics. At first, the Vibration analyses by the Substructure Synthesis Method and FEM using the ANSYS are performed for the engine speed converter to confirm the reliability of the analyzing tools. Weight minimization is performed by the Sensitivity Analysis and the Optimum Structural Modification. To decrease the converter weight ideally, the parts with low sensitivity are to be cut mainly, and the changing quantity of the natural frequency by the cut is to be recovered by the weight modification of the parts with high sensitivity. As the unique mathematical solution for the homogeneous problem( i.e. 0 object function problem) does not exist, the converter is redesigned with much thinner initial thickness. The goal of this study is to recover the dynamic characteristics of redesigned structure to those of the original one. To say in the other words, the modified structure has the same dynamic characteristics and the more lighter weight to compare with the original one. In this analysis, the modification was performed with the redesigned initial thickness of 60 mm and 70 mm. And the numbers of the interesting natural frequencies are 1, 2, 4 respectively. Consequently 27% of weight reduction effects were earned.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.201-208
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2004
To substitute conventional reinforced-concrete bridge deck, glass composite precast bridge deck - Delta Deck/sup TM/, which possesses advantages of light weight, high strength, corrosion resistance and durability, is developed for the DB24 truck load. Pultruded composite bridge deck is designed and fabricated. To verify serviceability and structural safety, finite element analysis, structural testing such as flexural test, local fatigue test, flexural fatigue test and field tests are conducted. In this paper structural characteristics of developed deck and its field application in Korea is presented.
In this paper, the Colliding Bodies Optimization (CBO), Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) and Vibrating Particles System (VPS) algorithms and the force method are used for the simultaneous analysis and design of truss structures. The presented technique is applied to the design and analysis of some planer and spatial trusses. An efficient method is introduced using the CBO, ECBO and VPS to design trusses having members of prescribed stress ratios. Finally, the minimum weight design of truss structures is formulated using the CBO, ECBO and VPS algorithms and applied to some benchmark problems from literature. These problems have been designed by using displacement method as analyzer, and here these are solved for the first time using the force method. The accuracy and efficiency of the presented method is examined by comparing the resulting design parameters and structural weight with those of other existing methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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