Ryoo, Hee Jae;Lee, Chan Woo;Han, Jong Won;Kim, Wook;Choi, Dukhyun
Journal of Sensor Science and Technology
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v.29
no.5
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pp.312-322
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2020
As the use of mobile devices increase, there is public interest in the utilization of the human motion generated mechanical energy. The human motion generated mechanical energies vary depending on the body region, type of motion, etc., and an appropriate device has to be designed to utilize them effectively. In this work, a device based on the principles of triboelectric generation and inertia was assessed in order to utilize the multi-axial mechanical energies generated by human motions. To improve the output performance we confirm the changes in the output that vary with the structural design, the reasons for such changes, and variations in performance based on the parts of the human body. In addition, the level of electrical energy generated based on motion type was measured; a maximum voltage of 30 V and a current of 2 ㎂ were generated. Finally, the proposed device was utilized in LEDs used for lighting, thus demonstrating that multi-axial mechanical energies can be harvested effectively. Based on the results, we expect that the developed device can be utilized as a sensor to detect mechanical energies, to sense changes in motion, or as a generator for auxiliary power supply for mobile devices.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.4
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pp.387-395
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2011
Single-blade centrifugal pumps are widely used as sewage pumps. However, the impeller of a single-blade pump is subjected to strong radial thrust during pump operation because of the geometrical axial asymmetry of the impeller. Therefore, to improve pump reliability, it is necessary to quantitatively understand radial thrust and elucidate the behavior and mechanism of thrust generating. This study investigates the radial thrust acting up on a single-blade centrifugal impeller by conducting experiments and CFD analysis. The results show that the fluctuating component of radial thrust increases as the flow rate deviates from the design flow rate to low or high value. Radial thrust was modeled by a combination of three components, inertia, momentum, and pressure by applying an unsteady conservation of momentum to the impeller. The sum of these components agrees with the radial thrust calculated by integrating the pressure and the shearing stress on the impeller surface. The behavior of each component was shown, and the effects of each component on radial thrust were clarified. The pressure component has the greatest effect on the time-averaged value and the fluctuating component of radial thrust. The time-averaged value of the inertia component is nearly 0, irrespective of the change in the flow rate. However, its fluctuating component has a magnitude nearly comparable with the pressure component at a low flow rate and slightly decreased with the increase in flow rate.
The Self Compacting Concrete, SCC is the new generation type of concrete which is not needed to be compacted by vibrator and it will be compacted by its own weight. Since SCC is a new innovation and also the high strength self compacting concrete, HSSCC behavior is like a brittle material, therefore, understanding the strength effect on the serviceability performance of reinforced self compacting concretes is critical. For this aim, first the normal and high strength self compacting concrete, NSSCC and HSSCC was designed. Then, the serviceability performance of reinforced connections consisting of NSSCC and HSSCC were investigated. Twelve reinforced concrete connections (L = 3 m, b = 0.15 m, h = 0.3 m) were simulated, by this concretes, the maximum and minimum reinforcement ratios ${\rho}$ and ${\rho}^{\prime}$ (percentage of tensile and compressive steel reinforcement) are in accordance with the provision of the ACI-05 for conventional RC structures. This study was limited to the case of bending without axial load, utilizing simple connections loaded at mid span through a stub (b = 0.15 m, h = 0.3 m, L = 0.3 m) to simulate a beam-column connection. During the test, concrete and steel strains, deflections and crack widths were measured at different locations along each member. Based on the experimental readings and observations, the cracked moment of inertia ($I_{cr}$) of members was determined and the results were compared with some selective theoretical methods. Also, the flexural crack widths of the members were measured and the applicability for conventional vibrated concrete, as for ACI, BS and CSA code, was verified for SCCs members tested. A comparison between two Codes (ACI and CSA) for the theoretical values cracking moment is indicate that, irrespective of the concrete strength, for the specimens reported, the prediction values of two codes are almost equale. The experimental cracked moment of inertia $(I_{cr})_{\exp}$ is lower than its theoretical $(I_{cr})_{th}$ values, and therefore theoretically it is overestimated. Also, a general conclusion is that, by increasing the percentage of ${\rho}$, the value of $I_{cr}$ is increased.
Kim, Yong-Gil;Kim, Soo-Tae;Ham, Young-Bog;Yun, So-Nam;Son, Ho-Yeon
Journal of Drive and Control
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v.17
no.1
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pp.51-60
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2020
This study addresses the modeling of a bi-directional outlet variable swash plate type axial piston pump with two EPPR valves and an analysis of the response characteristics to the angle control of that pump. In this paper, the combination of the EPPR valve and double rod type piston is referred to as the EPPR regulator. The EPPR regulator is compact and inexpensive, and has good responsiveness. Under actual pump operating conditions, because of the various external conditions of the pump, inertia is applied to the swash plate, generating the tilting torque. Also, the tilting torque can delay or shorten the response characteristics of the regulator. So we validated them through the analysis using SimulationX and these results allow users to freely integrate the EPPR regulator into the desired system.
The force transfer mechanism in positive moment continuity details for prestressed concrete girder bridges is investigated in this paper using a three-dimensional detailed finite element model. Positive moment reinforcement in the form of hairpin bars as recommended by the National Cooperative Highway Research Program Report No 519 is incorporated in the model. The cold construction joint that develops at the interface between girder ends and continuity diaphragms is also simulated via contact elements. The model is then subjected to the positive moment and corresponding shear forces that would develop over the service life of the bridge. The stress distribution in the continuity diaphragm and the axial force distribution in the hairpin bars are presented. It was found that due to the asymmetric configuration of the hairpin bars, asymmetric stress distribution develops at the continuity diaphragm, which can be exacerbated by other asymmetric factors such as skewed bridge configurations. It was also observed that when the joint is subjected to a positive moment, the tensile force is transferred from the girder end to the continuity diaphragm only through the hairpin bars due to the lack of contact between the both members at the construction joint. As a result, the stress distribution at girder ends was found to be concentrated around the hairpin bars influence area, rather than be resisted by the entire girder composite section. Finally, the results are used to develop an approach for estimating the cracking moment capacity at girder ends based on a proposed effective moment of inertia.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.3
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pp.482-492
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2004
Recently. the market trend for marine diesel engine has involved the lower running speeds. larger stroke/bore ratio and higher combustion pressure. Consequently, because of the flexible engine shafting system due to the larger mass. inertia and the more elasticity, the complicated coupled torsional-axial vibrations have occurred in the operating speed range. Also, the vibrations act as an excitation on the hull-structural vibration. To predict the vibration behavior with more accuracy and reliability. many studies have proposed the several kinds of method to calculate the stiffness matrix of crankshaft. However, most of these methods have a weak point to spend much time on three dimensional modeling and meshing work for crankshaft. Therefore. in this work. the stiffness matrix for the crankthrow is calculated using the energy method (Influence Coefficient Method, ICM) with the each mass having 6 degree of freedom. Its effectiveness is verified through the comparison with the stiffness matrix obtained by using the finite element method (FEM) and measured results for actual ships propulsion system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.2
s.257
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pp.152-159
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2007
A study on the control of free vibration and stability characteristics of rotating hollow circular shafts subjected to compressive axial forces is presented in this paper. Both passive structural tailoring technique and active control scheme via collocated piezoelectric sensing and actuation are used in the study Gyroscopic and centrifugal forces combined with the compressive axial force contribute to the occurrence of divergence and flutter instabilities of the rotating shaft. The dual methodology based on the passive and active control schemes shows a high degree of efficiency toward postponement of these instabilities and expansion of the domain of stability of the system. The structural model of the shaft is based on an advanced thin-walled beam structure that includes the non-classical effects of transverse shear, anisotropy of constituent materials and rotatory inertia.
Although swash-plate type axial piston pumps have the merits of wide operating conditions and high efficiency, the characteristics of pressure pulsation and flow ripple which result in system noise generation are on-going problems. This research examined the analytic models of the dynamic oil pressure and flow characteristics in the pump. A new mathematical model which considered the pressure behaviors of each cylinder and discharge piping was developed to analyze the pump pressure and flow. This model also considered the leakages in the clearances which many researchers have ignored so far. Using the developed model, numerical calculations were implemented. The results showed that widely used simple model which considered only a single cylinder can not predict actual discrete flow dynamics and that fluid inertia effect has to be considered in the mathematical model. Several critical parameters were discussed such as port volume and discharge resistance on the assumption that the pipe length is not so long. The effect of leakages was studied on the final stage.
The nonlinear formulation using the principle of virtual work-energy for free vibration of a large-sag extensible catenary riser in two dimensions is presented in this paper. A support at one end is hinged and the other is a free-sliding roller in the horizontal direction. The catenary riser has a large-sag configuration in the static equilibrium state and is assumed to displace with large amplitude to the motion state. The total virtual work of the catenary riser system involves the virtual strain energy due to bending, the virtual strain energy due to axial deformation, the virtual work done by the effective weight, and the inertia forces. The nonlinear equations of motion for two-dimensional free vibration in the Cartesian coordinate system is developed based on the difference between the Euler's equations in the static state and the displaced state. The linear and nonlinear stiffness matrices of the catenary riser are obtained and the eigenvalue problem is solved using the Galerkin finite element procedure. The natural frequencies and mode shapes are obtained. The results are validated with regard to the reference research addressing the accuracy and efficiency of the proposed nonlinear formulation. The numerical results for free vibration and the effect of the nonlinear behavior for catenary riser are presented.
In this paper, the dynamic flexural stiffness of concrete-filled steel tubular (CFST) members is investigated based on vibration modal testing and a Bayesian model updating procedure. To reflect the actual service states of CFST members, a 3-stage modal testing procedure is developed for 6 circular CFST beam-columns, in which the modal parameters of the specimens under varying axial load levels are extracted. In the model updating procedure, a Timoshenko beam element model is first established, in which the influence of shear deformation and rotational inertia are incorporated. Subsequently, a 2-round Bayesian model updating strategy is proposed to calculate the dynamic flexural stiffness of the specimens, which could effectively consider the influence of physical constraints in the updating process and achieve reasonably well results. Analysis of the updating results shows that with the increase of the axial load level, degradation of the flexural stiffness is significantly influenced by the load eccentricity. It shows that the cracking of the core concrete is the primary reason for the flexural stiffness degradation of CFST beam-columns. Finally, based on comparison with equations proposed by several design standards, the calculation methods for the dynamic flexural stiffness of CFST members is recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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