Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.3
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pp.206-221
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2015
Supercavitation is a modern technique which can be used to surround an underwater vehicle with a bubble in order to reduce the resistance of the vehicle. When the vehicle is at low speed in the deep sea, the cavitation number is relatively big and it is difficult to generate a cavity large enough to envelope the vehicle. In this condition, the artificial cavity, called ventilated cavity, can be used to solve this problem by supplying gas into the cavity and can maintain supercavitating condition. In this paper, a relationship between the ventilation gas supply rate and the cavity shape is determined. Based on the relationship a ventilation rate control is developed to maintain the supercavitating state. The performance of the ventilation control is verified with a depth change control. In addition, dynamics modeling for the supercavitating vehicle is performed by defining forces and moments acting on the vehicle body in contact with water. Simulation results show that the ventilation control can maintain the supercavity of an underwater vehicle at low speed in the deep sea.
Post-chlorination for disinfection in portable water process is final process. The design factors of post-chlorination are inflow pipe line from tank of filtrated water to cleanwell, injection point of chlorine, appropriate shape of baffle in cleanwell for disinfection efficient improvement. Until now, we did not have the design standard for post-chlorination. we evaluated most suitable design method of post-chlorination process in portable water process by using computational fluid dynamics in this research. We found the result that the pipe to connect the cleanwell should be one. If pipe line split into two or more, uniform distribution of the flow is difficult. Second, optimal injection point of chlorine is the middle of pipe line to connect the cleanwell. Therefore, it is not economical to install chlorine contact basin in cleanwell. Third, the shape of baffle should be designed in order to water flows in one direction. And we found that it is better to design the low number of flow turning.
Pounding of structures may result in considerable damages, to the extent of total failure during severe lateral loading events (e.g., earthquakes and wind). With the new generation of tall buildings in densely occupied locations, wind-induced pounding becomes of higher risk due to such structures' large deflections. This paper aims to develop mathematical formulations to determine the maximum pounding force when two adjacent structures come into contact. The study will first investigate wind-induced pounding forces of two equal-height structures with similar dynamic properties. The wind loads will be extracted from the Large Eddy Simulation models and applied to a Finite Element Method model to determine deflections and pounding forces. A Genetic Algorithm is lastly utilized to optimize fitting parameters used to correlate the maximum pounding force to the governing structural parameters. The results of the wind-induced pounding show that structures with a higher natural frequency will produce lower maximum pounding forces than those of the same structure with a lower natural frequency. In addition, taller structures are more susceptible to stronger pounding forces at closer separation distances. It was also found that the complexity of the mathematical formula from optimization depends on achieving a more accurate mapping for the trained database.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.361-366
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2018
Ice crushing occurs in many situations that involve a sliding frictional component such as sports involving ice-contact, ice interaction with ship hulls, and ice-on-ice sliding/crushing within glaciers and between interacting sea ice floes. Ice crushing-friction tests were conducted in the lab at $-10^{\circ}C$ using a set of acrylic ice-crushing platens that included a flat smooth surface and a variety of high-roughness surfaces with regular arrays of small prominences. The experiments were part of Phase II tests of the Blade Runners technology for reducing ice-induced vibration. Ice was crushed against the platens where the ice movement had both a vertical and a horizontal component. High-speed imaging through the platens was used to observe the ice contact zone as it evolved during the tests. Vertical crushing rates were in the range 10-30 mm/s and the horizontal sliding rates were in the range 4.14-30 mm/s. Three types of freshwater ice were used. Friction coefficients were extraordinarily low and were proportional to the ratio of the tangential sliding rate and the normal crushing rate. For the rough surfaces all of the friction coefficient variation was determined by the fluid dynamics of a slurry that flowed through channels that developed between leeward-facing facets of the prominences and the moving ice. The slurry originated from a highly-lubricating self-generating squeeze film of ice particles and melt located between the encroaching intact ice and the surfaces.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.6
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pp.569-577
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2010
A multiscale particle simulation technique that can be applied to a multiphase fluid system has been developed. In the boundary region where the macroscopic- and microscopic-scale models overlap each other, three distinctive features are introduced in the simulation. First, a wall is set up between the gas and liquid phases to separate them and match the phases respectively to the macroscopic conditions stably. Secondly, the interfacial profile is obtained near the matching region and the wall translates and rotates to accommodate the change in the liquid-vapor interfacial position in the molecular model. The contact angle thus obtained can be sent to the macroscopic model. Finally, a state of mass and temperature in the region is maintained by inserting and deleting the particles. Good matching results are observed in the cases of the complete and partial wetting fluid systems.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.467-472
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2005
Load/Unload(L/UL) technology includes the benefits, that is, increased areal density, reduced power consumption and improved shock resistance contrary to contact start stop(CSS). It has been widely used in portable hard disk drive and will become the key technology for developing the small form factor hard disk drive. The main objectives of L/UL are no slider disk contact or no media damage. For realizing those, we must consider many design parameters in L/UL systems. In this paper, we focus on the effect of the ramp profile. We can find out the lateral velocities in L/UL process through experiments and simulations for force of voice coil motor and friction force on ramp. And then, we will gain the optimal design of ramp slope to maintain the minimum clearance of suspension dimple and slider with FE model. In special, after finding the point at which air bearing breaks and designing the ramp, we will identify the results for improving unload performance.
The objective of this work is not only to perform feasibility studies on the CFD (computational fluid dynamics) analysis for the capillary system design but also to provide an enhanced understanding of the autonomous capillary flow. The capillary flow is evaluated by means of the commercial CFD software of FLUENT, which includes the VOF (volume-of-fluid) model for multiphase flow analysis. The effect of wall adhesion at fluid interfaces in contact with rigid boundaries is considered in terms of static contact angle. Feasibility studies are first performed, including mesh-resolution influence on pressure profile, which has a sudden increase at the liquid/gas interface. Then we perform both 2D and 3D simulations and examine the transient nature of the capillary flow. Analytical solutions are also derived for simple cases and compared with numerical results. Through this work, essential information on the capillary system design is brought out. Our efforts and initial success in numerical description of the microfluidic capillary flows enhance the fundamental understanding of the autonomous capillary flow and will eventually pave the road for full-scale, computer-aided design of microfluidic networks.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Generating motion of center of mass for biped robots is a challenging issue since biped robots can easily lose balance due to limited contact area between foot and ground. In this paper, we propose force control method to generate high-speed motion of the center of mass for horizontal direction without losing balancing condition. Contact consistent multi-body dynamics of the robot is used to calculate force for horizontal direction of the center of mass considering balance. The calculated force is applied for acceleration or deceleration of the center of mass to generate high speed motion. The linear inverted pendulum model is used to estimate motion of the center of mass and the estimated motion is used to select either maximum or minimum force to stop at goal position. The proposed method is verified by experiments using 12-DOF torque controlled human sized legged robot.
This paper proposes an optimal ARS control of a two-wheel mobile inverted pendulum robot. Conventional researches are highly concentrated on the robust control of a mobile inverted pendulum on the flat ground, $i.e.$, mostly focus on the compensation of gyroscope signals. This newly proposed algorithm deals with a climbing control of a slanted surface based on the dynamic modeling using the conventional structure. During the climbing control of the robot, unexpected disturbance forces are essentially caused by the irregular contact force which comes from the irregular contact angle between the wheel and the terrain. The disturbances have effects on the optimal posture of the mobile robot to compensate the slanted angle. Therefore the dynamics equations through physical interpretation are derived for the selection of optimum climbing posture through ARS. Also using the ultrasonic sensor the slope information is obtained to compensate for the force of gravity. The control inputs are dynamically adjusted to climb up the slanted surface effectively. The proposed algorithm is demonstrated through the real experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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