This paper deals with the development of variable-node element and its application to the adaptive h-version mesh refinement-recovery for the incompressible viscous flow analysis. The element which has variable mid-side nodes can be used in generating the transition zone between the refined and unrefined element and efficiently used for the construction of a refined mesh without generating distorted elements. A modified Guassian quadrature is needed to evaluate the element matrices due to the discontinuity of derivatives of the shape functions used for the element. The penalty function method which can reduce the number of the independent variables is adopted for the purpose of computational efficiency and the selective reduced integration is carried out for the convection and pressure terms to preserve the stability of solution. For the economical analysis of transient problems in which the locations to be refined are changed in accordance with the dynamic distribution of velocity gradient, not only the mesh refinement but also the mesh recovery is needed. The numerical examples show that the optimal mesh for the finite element analysis of a wind around the structures can be obtained automatically by the proposed scheme.
The Mn4+-activated Li2ZnSn2O6 (LZSO:Mn4+) red phosphors were synthesized by the solid-state reaction at temperatures of 1100-1400 ℃ in air. The synthesized LZSO:Mn4+ phosphors were confirmed to have a single hexagonal LZSO phase without the presence of any secondary phase formed by the Mn4+ addition. With near UV and blue excitation, the LZSO:Mn4+ phosphors exhibited a double band deep-red emission peaked at ~658 nm and ~673 nm due to the 2E → 4A2 transition of Mn4+ ion. PL emission intensity showed a strong dependence on the Mn4+ doping concentration and the 0.3 mol% Mn4+-doped LZSO phosphor produced the strongest PL emission intensity. Photoluminescence emission intensity was also found to be dependent on the calcination temperature and the optimal calcination temperature for the LZSO:Mn4+ phosphors was determined to be 1200 ℃. Dynamic light scattering (DLS) and field-effect scanning electron microscopy (FE-SEM) analysis revealed that the 0.3 mol% Mn4+-doped LZSO phosphor particles have an irregularly round shape and an average particle size of ~1.46 ㎛.
Sung, Chul Hoon;Han, Sung Gil;Kim, Sung Hoon;Song, Chul Ki
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.6
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pp.98-105
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2019
In order to improve the fuel economy and dynamic behavior of automobiles, the weight reduction tendency of automobile parts is obvious. Also, in order to maximize assembly and maintenance convenience, various parts are integrated and modularized. Multi-piece methods require many manufacturing processes and become a factor of lowering the strength of parts. It is advantageous to overcome the disadvantages by integrally manufacturing to reduce the processing steps and ensure the strength of the parts. However, when it is necessary to process in a narrow space inside the part, it is impossible to process with the existing spindle. The angle head spindle is only a component of a machine tool, but it is a core part that requires high technology and is highly utilizable in products requiring high precision machining. Therefore, various and continuous studies needs for angle head spindles in areas such as vibration absorption, operational safety, excellent dimensional stability, and strength. In this paper, we propose an optimal design for angle head spindle by performing structural analysis and shape optimization for angle head spindle gear and case.
In this study, numerical analyses that considered the dynamic interaction effects between the flow and a turbine were carried out to investigate the power output performance of an H-type Darrieus turbine rotor, which is one of the representative lifting-type vertical-axis tidal-current turbines. For this purpose, a commercial CFD code, Star-CCM+, was utilized for an example three-bladed turbine with a rotor diameter of 3.5 m, a solidity of 0.13, and the blade shape of an NACA0020 airfoil, and the optimal tip speed ratio (TSR) and corresponding maximum power coefficient were evaluated through exhaustive simulations with different sets of flow speed and external torque conditions. The optimal TSR and maximum power coefficient were found to be approximately 1.84 and 48%, respectively. The torque and angular velocity pulsations were also investigated, and it was found that the pulsation ratios for the torque and angular velocity were gradually increased and decreased with an increase in TSR, respectively.
Kim, Byung In;Son, Young Soo;Park, Cheol Hoon;Lee, Sung Hwi;Ham, Sang Yong;Jo, Sang Hyun
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.5
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pp.879-885
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2013
Satellites provide a lot of information and essay roles in the areas of defense and space observations. The precise distances to the satellites are measured by emitting and retro-reflecting a laser. For such surveys, satellite laser ranging (SLR) systems have been developed in different forms and for different areas. The structural integrity of the tracking mount is essential for it to be able to track a high-speed satellite precisely, overcoming the various external and internal disturbances and operating conditions. In this study, the analysis of a tracking mount was performed for weight, wind loads, and inertia loads in order to verify its soundness. The results of the comparison between aluminum and steel were analyzed in order to select the optimal material for the fork and main housing part. In addition, the natural frequency and mode shape were predicted. Optimal material selection and structural integrity will also be verified using static analysis.
Park, Jae-Yong;Kim, Sang-Rak;Lee, Won-Gu;Yoo, Jin-Sik;Kim, Young-Dae;Maeng, Joo-Seung;Han, Seog-Young
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.146-152
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2007
An active micro-mixer, which was composed of an oscillating micro-stirrer in the microchannel to provide rapid, effective mixing at high flow, rates was analyzed. The effects of molecular diffusion and disturbance by the stirrer were considered with regard to two types of mixer models: the simple straight microchannel and microchannel with an oscillating stirrer. Two types of mixer models were studied by analyzing mixing behaviors such as their interaction after the stirrer. The mixing was calculated by Lattice Boltzmann methods using the D2Q9 model. In this study, the time-averaged mixing index formula was used to estimate the mixing performance of time-dependent flow. The mixing indices of the two models compared. From the results, it was found that the mixer with an oscillating stirrer was much more enhanced and stabilized. Therefore, an optimum design for a dynamic micro-mixer with an oscillating stirrer was performed using Taguchi method in order to obtain a robust solution. The design parameters were established as the frequency, the length and the angle of the stirrer and the optimal values were determined to be 2, 0.8D and ${\pm}75^{\circ}$, respectively. It was found that the mixing index of the optimal design increased 80.72% compared with that of the original design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.389-398
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2006
Structural optimization design has been developed with finite element analysis using effective and fast computational technology. Especially topology optimization design has been recently often used since it yields an optimal topology as well as an optimal shape under satisfied constraints. In general in finite element analysis, it is assumed that the structural material properties such as Young's modulus and Poisson's ratio and the variable of applied loading are fixed with obvious values in structure. However practically these values may take uncertainties because of environmental effect or manufactural error of structures. Therefore static or dynamic analysis of the structures may make an error, then finally it may have an influence on qualify of optimal design. In this study, the topology optimization design of structure is carried out using so called the interval finite element method, and the analysis method Is proposed. The results are also validated by comparing with conventional topology optimization results of density distribution method and finite element analysis results. The present method can be used to predict the optimal topology of linear elastostatic structures with respect to structural uncertainty of behavior.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.155-163
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2023
Real-time monitoring technology is critical for ensuring the safety and reliability of nuclear power plant structures. However, the current seismic monitoring system has limited system identification capabilities such as modal parameter estimation. To obtain global behavior data and dynamic characteristics, multiple sensors must be optimally placed. Although several studies on optimal sensor placement have been conducted, they have primarily focused on civil and mechanical structures. Nuclear power plant structures require robust signals, even at low signal-to-noise ratios, and the robustness of each mode must be assessed separately. This is because the mode contributions of nuclear power plant containment buildings are concentrated in low-order modes. Therefore, this study proposes an optimal sensor placement methodology that can evaluate robustness against noise and the effects of each mode. Indicators, such as auto modal assurance criterion (MAC), cross MAC, and mode shape distribution by node were analyzed, and the suitability of the methodology was verified through numerical analysis.
Selective catalytic reduction(SCR) method is widely used among various methods for reducing nitrogen oxides in combustion devices of coal power plant. In the present study, the computational fluid dynamic analysis was accomplished to derive the optimal shape of ammonia-dilution air mixing device in a ammonia injection grid. The distribution characteristics of flow and $NH_3$ concentration had been elucidated for the reference shape of ammonia mixing device(Case 1). In the mixing device of Case 1, it could be seen that $NH_3$ distribution was shifted to the wall opposite to the inlet of the ammonia injection pipe. For the improvement of $NH_3$ distribution, the case(Case 2) with closing one upper injection hole and 4 side injection holes, the case(Case 3) with installing horizontal plate at the upper of ammonia injection pipe, the case(Case 4) with installing horizontal plate and horizontal arc plate at he upper of ammonia injection pipe were investigated by analyzing flow and $NH_3$ concentration distributions. From the present study, it was found that the % RMS of $NH_3$ for Case 4 was 4.92%, which was the smallest value among four cases, and the range of $R_{NH3}$ also has the optimally uniform distribution, -10.82~8.34%.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.4
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pp.213-220
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2023
This paper presents a model simulating the folding process and collision dynamics of "ddakji", a traditional Korean game played using paper tiles (which are also referred to as ddakji). The model uses two A4 sheets as the base materials for ddakji. The folding process involves a series of boundary conditions that transform the wing part of the paper structure into a twisted configuration. A rigid plate boundary condition is also adopted for squeezing, establishing the shape and stress state of the game-ready ddakji through dynamic relaxation analysis. The gaming process analysis involves a forced displacement of the striking ddakji to a predetermined collision position. Collision analysis then follows at a given speed, with the objective of overturning the struck ddakji--a winning condition. A genetic algorithm-based optimization analysis identifies the optimal collision conditions that result in the overturning of the struck ddakji. For efficiency, the collision analysis is divided into two stages, with the second stage carried out only if the first stage predicts a possible overturn. The fitness function for the genetic algorithm during the first stage is the direction cosine of the struck ddakji, whereas in the second stage, it is the inverse of the speed, thus targeting the lowest overall collision speed. Consequently, this analysis provides optimal collision conditions for various compression thicknesses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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