This paper presents the convected material frame approach to study the nonlinear behavior of inelastic frame structures. The convected material frame approach is a modification of the co-rotational approximation by incorporating an adaptive convected material frame in the basic definition of the displacement vector and strain tensor. In the formulation, each discrete element is associated with a local coordinate system that rotates and translates with the element. For each load increment, the corresponding strain-displacement and nodal force-stress relationships are defined in the updated local coordinates, and based on the updated element geometry. The rigid body motion and deformation displacements are decoupled for each increment. This modified approach incorporates the geometrical nonlinearities through the continuous updating of the material frame geometry. A generalized nonlinear function is used to derive the inelastic constitutive relation and the kinematic hardening is considered. The equation of motion is integrated by an explicit procedure and it involves only vector assemblage and vector storage in the analysis by assuming a lumped mass matrix of diagonal form. Several numerical examples are demonstrated in close agreement with the solutions obtained by the ANSYS code. Numerical studies show that the proposed approach is capable of investigating large deflection of inelastic planar structures and providing an excellent numerical performance.
An accurate method of estimating ship maneuverability needs to be developed to evaluate precisely and improve the maneuverability of ships according to the water depth. In order to estimate maneuverability by a mathematical model. The hydrodynamic forces acting on a ship hull and the flow field around the ship in maneuvering motion need to be estimated. The ship speed new the berth is very low and the fluid flow around a ship hull is unsteady. So, the transient fluid motion should be considered to estimate the drag force acting on the ship hull. In the low speed and short time lateral motion, the vorticity is created by the body and grow up in the acceleration stage and the velocity induced by the vorticity affect to the body in deceleration stage. For this kind of problem, CFD is considered as a goof tool to understand the phenomena. In this paper, the 2D CFD code is used for basic consideration of the phenomena to solve the flow in the cross section of the ship considering the ship is slender and the water depth is large enough. The flow fields Added and hydrodynamic forces for the some prescribed motions are computed and compared with the preliminary experiment results. The comparison of the force with measurement is shown a fairly good agreement in tendency. The 3D Potential Calculation based on the Hess & Smith Theory is employed to predict the surge, sway added mass and yaw added moment of inertia of hydrodynamic coefficients for M/V ESSO OSAKA according to the water depth. The results are also compared with experimental data. Finally, the sway added mass of hydrodynamic coefficients for T/S HANNARA is suggested in each water depth.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.2
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pp.156-160
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2012
Recently, the demands of the large scale machine tools gradually increase to machine the large parts, such as large scale crankshaft, yaw and pitch bearings for the wind power generator and the vehicle or aircraft components. But the high technology is necessary in order to develop the huge machine tools. Furthermore, the global market of it has been monopolized by a few companies. So, we need to develop the large scale machine tools and study its core technology to rush into the increasing market. In this study, we carried out the researches for the important core technology of a multi-tasking, machine tool; a large scale 5-axis machine tool of gantry type for multi-task machining. This study is focused on the design of large size gantry type multi-axis machine. In the case of large size of machine the cross rail deflection in the X-axis is significant. To reduce the deflection due to the eccentric spindle head, a special hollow type design in the cross rail with outside ram is adapted in this study. Also, the Zig-Zag motion in the Y-axis is inevitable with the gantry geometry, which is by the un-balancing, different motion at the left and the right columns moving. We tried to reduce the influence of Zig-Zag motion using FEM with different loading conditions at the left and the right side column.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.24
no.4
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pp.435-448
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2021
This study describes the depth and straight motion control performance depending on control surface combinations of a supercavitating underwater vehicle. When an underwater vehicle experiences supercavitation, friction resistance can be minimized, thus achieving the effect of super-high-speed driving. Six degrees of freedom modeling of the underwater vehicle are performed and the guidance and control loops are designed with not only a cavitator and an elevator, but also a rudder and a differential elevator to improve the stability of the roll and yaw axis. The control performance based on the combination of control surfaces is analyzed by the root-mean-square error for keeping depth and straight motion.
In this study a drift prediction model based on fluid dynamics theory is introduced. The essential effects of environmental loads and target characteristics are taken into account from a fluid dynamics point of view. The governing equations of motion are derived from Netwon's law of dynamics. In the mathematical formulation only three degrees of freedom(surge, sway, yaw) of the drifting object are assumed and the environmental loads considered are the forces and moments by wind and current. A computer algorithm for this model is implemented to obtain the numerical result in the time domain. The preliminary tests for model verification are conducted and the results are compared with the field experiment data as well as leeway formula suggested from the field test data.
This paper describes the influence on the nonlinear critical speed results of a specific railway vehicle depending on various constraint conditions. In the roller-rig tests, proper constraints are inevitable to safely hold the test vehicles. Particularly, the test results using KRRI roller-rig are more sensitive to constraint conditions because it is a kind of semi-full car type. In this study, nonlinear critical speed of specific vehicle with regards to several constraint cases were predicted by computational analysis and these results were compared to find the suitable constraint conditions. And also the deviation of semi-full car model from actual full car model was investigated. According to the bifurcation analysis, the nonlinear critical speed are dependent with the constraint condition and car-body yaw motion should be free to achieve more accurate results. And the difference between semi-full and full car model was so small that KRRI's semi-full car model are valid as long as the stability is concerned.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.71-76
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2010
This paper presents the feasibility for improving the ride quality of railway vehicle equipped with semi-active suspension system using magnetorheological(MR) fluid damper. In order to achieve this goal, a fifteen degree of freedom of railway vehicle model, which includes a car body, bogie frame and wheel-set is proposed to represent lateral, yaw and roll motions. The MR damper system is incorporated with the governing equation of motion of the railway vehicle which includes secondary suspension. To illustrate the effectiveness of the controlled MR dampers on railway vehicle secondary suspension system, the sky-hook control law using the velocity feedback is adopted. Computer simulation for performance evaluation is performed using Matlab. Various control performances are demonstrated under external excitation which is the creep force between wheel and rail.
Recently, the applications of unmanned system are steadily increasing. Unmanned automatic system is suitable for routine mission such as reconnaissance, environment monitoring, resource conservation and investigation. Especially, for the ocean environment monitoring mission, many ocean engineers had scoped with the routine and even risky works. The automatic system can replace the periodic and routine missions: water sampling, temperature and salinity measuring, etc. In this paper, an unmanned surface vessel was designed for routine and periodic ocean environmental missions. An autonomous control system was designed and tested for the unmanned vessel. A GPS and gyro compass was used for navigation. A linear autopilot model for course control can be derived from the maneuvering model. Nomoto's 2nd-order response equation was derived. The design methodologies and performance of the surface vessel were illustrated and verified with this linearized equation of motion. A linear controller was designed and automatic route tracking performance was verified for yaw subsystem.
For the accurate estimation of the position and orientation of a UUV (unmanned underwater vehicle), a low-cost AHRS (attitude heading reference system) was developed using a low-cost IMU (inertial measurement unit) sensor which provides information on the 3D acceleration, 3D turning rate and 3D earth-magnetic field data in the object coordinate system. The main hardware system is composed of an IMU sensor (ADIS16405) and TMS320F28335, which is coded with an extended kalman filter algorithm with a 50-Hz sampling frequency. Through an experimental gimbal device, good estimation performance for the pitch, roll, and yaw angles of the developed AHRS was verified by comparing to those of a commercial AHRS called the MTi system. The experimental results are here presented and analyzed.
The Tension Leg Platform(TLP) is restrained from oscillating vertically by tethers(or tendons), which are vertical anchor lines tensioned by the platform buoyancy larger than the platform weight. Thus a TLP is a compliant structure which allows lateral movements of surge, sway, and yaw but restrains heave, pitch, roll. In this paper, the motions of a TLP in current and waves were investigated. Hydrodynamic forces and wave exciting forces acting on the TLP were evaluated using the three dimensional source distribution method. The motion responses and tension variations of the TLP were analyzed in the case of including current or not including one in regular waves and effects of current on the TLP were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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