Targeting a floating wave and offshore wind hybrid power generation system (FWWHybrid) designed in the Republic of Korea, this study examines the impact of the interaction, with multiple wave energy converters (WECs) placed on the platform, on platform motion. To investigate how the motion of WECs affects the behavior of the FWWHybrid platform, it was numerically compared with a scenario involving a 'single-body' system, where multiple WECs are constrained to the platform. In the case of FWWHybrid, because the platform and multiple WECs move in response to waves simultaneously as a 'multi-body' system, hydrodynamic interactions between these entities come into play. Additionally, the power take-off (PTO) mechanism between the platform and individual WECs is introduced for power production. First, the hydrostatic/dynamic coefficients required for numerical analysis were calculated in the frequency domain and then used in the time domain analysis. These simulations are performed using the extended HARP/CHARM3D code developed from previous studies. By conducting regular wave simulations, the response amplitude operator (RAO) for the platform of both single-body and multi-body scenarios was derived and subsequently compared. Next, to ascertain the difference in response in the real sea environment, this study also includes an analysis of irregular waves. As the floating body maintains its position through connection to a catenary mooring line, the impact of the slowly varying wave drift load cannot be disregarded. To assess the influence of the 2nd-order wave exciting load, irregular wave simulations were conducted, dividing them into cases where it was not considered and cases where it was included. The analysis of multi-degree-of-freedom behavior confirmed that the action of multiple WECs had a substantial impact on the platform's response.
Purpose: The least constrained prosthesis is generally recommended in primary total knee arthroplasty (TKA). Nevertheless, a varus/valgus constrained (VVC) prosthesis should be implanted when a semi-constrained prosthesis is not good for adequate stability, especially in the coronal plane. In domestic situations, however, the VVC prosthesis could not always be prepared for every primary TKA case. Therefore, it is sometimes impractical to use a VVC prosthesis for unsual unstable situations. This study provides information for preparing VVC prostheses in the preoperative planning of primary TKA through an analysis of primary VVC TKA cases. Materials and Methods: This study reviewed 1,797 primary TKAs, performed between May 2003 and February 2016. The reasons for requiring VVC prosthesis and the preoperative conditions in 29 TKAs that underwent primary TKA with a VVC prosthesis were analyzed retrospectively. Results: In primary TKA, 29 cases (1.6%) in 27 patients (6 male and 21 female) used VVC prosthesis. Two patients underwent a VVC prosthesis on both knees. The mean age of the patients was 63.4 years old (34-79 years). The mean flexion contracture was 16.2° (-20°-90°), and the mean angle of great flexion was 111.7° (35°-145°). The situations requiring a VVC prosthesis were severe valgus deformity in 10 knees, knee stiffness requiring extensive soft tissue release in 10 knees, previously injured collateral ligaments in five knees, and distal femoral bone defect due to avascular necrosis in four knees. The mean tibiofemoral angle was 25.7° (21°-43°) in 10 cases with a valgus deformity. The mean flexion contracture was 37.5° (20°-90°), and the mean range of motion was 48.5° (10°-70°) in 10 cases with knee stiffness. Conclusion: The preparation of VVC prosthesis is recommended, even for primary TKA in cases of severe valgus deformity (tibiofemoral angle>20°), stiff knee (the range of motion: less than 70° with more than 20° flexion contracture), and the cases with a previous collateral ligament injury. This information will help in the preparation of adequate TKA prostheses for unusual unstable situations.
Tuned mass dampers (TMDs) are passive damping devices widely employed to mitigate the pedestrian-induced vibrations on footbridges. The TMD design must ensure an adequate performance during the overall life-cycle of the structure. Although the TMD is initially adjusted to match the natural frequency of the vibration mode which needs to be controlled, its design must further take into account the change of the modal parameters of the footbridge due to the modification of the operational and environmental conditions. For this purpose, a motion-based design optimization method is proposed and implemented herein, aimed at ensuring the adequate behavior of footbridges under uncertainty conditions. The uncertainty associated with the variation of such modal parameters is simulated by a probabilistic approach based on the results of previous research reported in literature. The pedestrian action is modelled according to the recommendations of the Synpex guidelines. A comparison among the TMD parameters obtained considering different design criteria, design requirements and uncertainty levels is performed. To illustrate the proposed approach, a benchmark footbridge is considered. Results show both which is the most adequate design criterion to control the pedestrian-induced vibrations on the footbridge and the influence of the design requirements and the uncertainty level in the final TMD design.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.10
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pp.51-59
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2005
In this paper, results of a multiple spacecraft formation-keeping control using the orbital relative motion and optimization technique are presented. To analyze and predict the relative motion between the formation-flying satellites, a closed-form orbit propagator obtained using the method of ephemeris compression is used. This closed-form orbit propagator is combined with optimization technique to plan a series of impulsive maneuvers, which maintain the formation configuration within the specified limit. As an example, this method is applied to the problem of maintaining the projected circular formation geometry and results from nonlinear simulation are presented.
This paper presents a physically based technique for simulating complex multiphase fluids. This work is motivated by the "stable fluids" method developed by Stam to handle gaseous fluids. We extend this technique to water, which calls for the development of methods for modeling multiphase fluids and suppressing dissipation. We construct a multiphase fluid formulation by combining the Navier-Stokes equations with the level set method. By adopting constrained interpolation profile (CIP)-based advection, we reduce the numerical dissipation and diffusion significantly. We further reduce the dissipation by converting potentially dissipative cells into droplets or bubbles that undergo Lagrangian motion. Due to the multiphase formulation, the proposed method properly simulates the interaction of water with surrounding air, instead of simulating water in a void space. Moreover. the introduction of the non-dissipative technique means that, in contrast 10 previous methods, the simulated water does not unnecessarily lose mass and its motion is not damped to an unphysical extent. Experiments showed that the proposed method is stable and runs fast. It is demonstrated that two-dimensional simulation runs in real-time.
Nonlinear time-domain system identification (SI) algorithm is proposed to assess damage in a shear building by synchronously estimating time-varying stiffness and damping parameters using measured acceleration data. Mass properties have been assumed as the a priori known information. Viscous damping was utilized for the current research. To chase possible nonlinear dynamic behavior under severe vibration, an incremental governing equation of vibrational motion has been utilized. Stiffness and damping parameters are estimated at each time step by minimizing the response error between measured and computed acceleration increments at the measured degrees-of-freedom. To solve a nonlinear constrained optimization problem for optimal structural parameters, sensitivities of acceleration increment were formulated with respect to stiffness and damping parameters, respectively. Incremental state vectors of vibrational motion were computed numerically by Newmark-${\beta}$ method. No model is pre-defined in the proposed algorithm for recovering the nonlinear response. A time-window scheme together with Monte Carlo iterations was utilized to estimate parameters with noise polluted sparse measured acceleration. A moving average scheme was applied to estimate the time-varying trend of structural parameters in all the examples. To examine the proposed SI algorithm, simulation studies were carried out intensively with sample shear buildings under earthquake excitations. In addition, the algorithm was applied to assess damage with laboratory test data obtained from free vibration on a three-story shear building model.
This paper presents a physically based technique for simulating complex multiphase fluids. This work is motivated by the "stable fluids" method developed by Stam to handle gaseous fluids. We extend this technique to water, which calls for the development of methods for modeling multiphase fluids and suppressing dissipation. We construct a multiphase fluid formulation by combining the Navier-Stokes equations with the level set method. By adopting constrained interpolation profile (CIP)-based advection, we reduce the numerical dissipation and diffusion significantly. We further reduce the dissipation by converting potential1y dissipative cel1s into droplets or bubbles that undergo Lagrangian motion. Due to the multiphase formulation, the proposed method properly simulates the interaction of water with surrounding air, instead of simulating water in a void space. Moreover, the introduction of the non-dissipative technique means that, in contrast to previous methods, the simulated water does not unnecessarily lose mass and its motion is not damped to an unphysical extent. Experiments showed that the proposed method is stable and runs fast. It is demonstrated that two-dimensional simulation runs in real-time.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.5
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pp.687-694
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1999
This study was conducted to develop new drying process for automatic control and marine engi-neering system. Air-water tests were carried out to investigate dryer performance. The dispersed flow in he dryer test apparatuses was also simulated by using a numerical code which solves the Dittus-Boelter equation for continuous liquid phase and the Reynolds equation of droplet motion for continuous liquid phase and the Reynolds equation of droplet motion for dispersed phase to predict droplet removal efficiency. Proper conditions for dehumidification were optimized by response ambient conditions. When the selected indexes were constrained in the range of 85-98% moisture content above $15^{\circ}$ and more than mass flow rates of moist air 750kg/h. The numerical results were compared with the experimental data pertaining to the removal effi-ciency at chamber stage and overall pressure drop along concentric tubes Good agreement was obtained as for the efficiency while relatively poor agreement was obtained for the relative humidity. The results also showed that the efficiency depended strongly on the relative humidity at the inlet condition which indicated the importance of estimating the heat exchanger length. Effects of some design parameters in both removal efficiency and breakthrough onset condition are discussed.
In this paper a simple mathematical model is presented for estimating the natural frequencies and corresponding mode shapes of a tall building with outrigger-belt truss system. For this purposes an equivalent continuum system is analyzed in which a tall building structure is replaced by an idealized cantilever continuum beam representing the structural characteristics. The equivalent system is comprised of a cantilever shear beam in parallel to a cantilever flexural beam that is constrained by a rotational spring at outrigger-belt truss location. The mathematical modeling and the derivation of the equation of motion are given for the cantilevers with identically paralleled and rotational spring. The equation of motion and the associated boundary conditions are analytically obtained by using Hamilton's variational principle. After obtaining non-trivial solution of the eigensystem, the resulting is used to determine the natural frequencies and associated mode shapes of free vibration analysis. A numerical example for a 40 story tall building has been solved with proposed method and finite element method. The results of the proposed mathematical model have good adaptation with those obtained from finite element analysis. Proposed model is practically suitable for quick evaluations during the preliminary design stages.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.6
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pp.502-508
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2012
An analytical model for a human body is important to predict muscle and joint forces. Because it is difficult to estimate muscle or joint forces from a human body, the objective of this study is the development of a reliable analytical model for a human body to evaluate the lower extremity muscle and joint forces. The musculoskeletal system of the human lower extremity is modeled as a multibody system employing the Hill-type muscle model. Muscle forces are determined to minimize energy consumption, and we assume that motion is constrained in the sagittal plane. Muscle forces are calculated through an equilibrium analysis while rising from a seated position. The musculoskeletal model consists of four segments. Each segment is a rigid body and connected by frictionless revolute joints. Muscles of the lower extremity are simplified to seven muscles with those that are not related to the sagittal plane motion are ignored. Muscles that play a similar role are combined together. The results of the present study are compared with experimental results to validate the lower extremity model and the assumptions of the present study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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