Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.8
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pp.761-767
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2011
Free and forced vibration analysis of the global ship structure using the 3-dimensional finite element(FE) method requires not only the specialized knowledge such as ship structure interacted with fluid, damping and various excitations due to propulsion system but also time-consuming manual tasks in FE modeling, analysis and response evaluation. As a result, the quality of the vibration analysis highly depends on engineer's expertise and experience. In this study, a framework system to improve the efficiency of global ship vibration analysis is introduced. The system promising the utilization of MSC/Patran and MSC/Nastran consists of various modules to support data management, FE modeling of ship structure and loading, input deck generation for free and forced vibration analysis, data extraction and evaluation of analysis results, and databases for FE models of marine diesel engines and vibration criteria. The system may be useful for pursuing standardization of uncertain analysis factors as well as reducing time, cost and human dependency in ship vibration analysis.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.540-545
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2001
In case of small motors, coil bundle occupies a large portion of stator in view of mass and volume as well as dynamics. It is observed through modal test on the stator of an IPM BLDC (interior permanent magnet brushless direct current) motor that coil bundle wound on the stator core causes the first and second natural frequencies to decrease by about 20-30% compared with those of bare stator. Especially the third natural frequency is newly observed below 3 KHz, which is not observed on the bare stator. It is found that at the third mode the end-coil and the core vibrate out of phase in radial direction. In this paper, the stator is dynamically modeled in terms of the core and the coil bundle consisting of the end-coil and the slot coil based on the above observations for the prediction of dynamic properties. The core can easily be modeled using finite element method with its actual material properties and geometric shape. The concept of equivalent bending stiffness is used for modeling of the end-coil so that predictions may match with the measured natural frequencies for the end-coil cut out of the stator. Although the same concept can be applied to the slot coil, separation of the slot coil from the stator is impractical. Therefore, equivalent bending stiffness of the slot coil is determined through iterative comparisons with the measurements of natural frequencies of the stator with the slot coil in it.
The functions of diaphragms at abutments and piers of PSC box girder railway bridge are to transfer forces from the superstructure onto bearings or columns and to stiffen the superstructure cross-section against in -plane deformation. Due to stress disturbance at diaphragm, the design for the diaphragm using conventional design method is relatively irrational than those for other structural members. And, due to contribution to boundary condition of deck slab by the diaphragm, the behavior of deck slab near the diaphragm is different from that of the deck slab obtained from two dimensional analysis of the bridge, which is basis for the design of deck slab. In this paper, three dimensional behavior of deck slab near the diaphragm of prestressed concrete (PSC) box girder railway bridge constructed by the precast span method are analyzed by using three dimensional finite element modeling and using the strut-and-tie model design of the diaphragm are presented. The modeling techniques used in this paper can be applied effectively to examine the causes of cracks at deck slab near diaphragm and to design diaphragm rationally.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.1
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pp.7-12
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2008
The vacuum interrupter (VI) is used for medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as a compacted environmental friendly circuit breaker. In general, the application of a sufficiently strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. A full understanding of the vacuum arc physics is very important since it can aid to improve the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and hydrodynamic fields, simultaneously. In this study, we have investigated the effect of changing geometrical parameters for electromagnetic behaviors of high-current vacuum arcs with two different types of AMP contacts, which are coil-type and cup-type, using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The present results are compared with those of MAXWELL 3D, a reliable electromagnetic analysis software, for verification.
Five previously-tested reinforced concrete frames were modelled using a nonlinear finite element analysis procedure to demonstrate the accurate response simulations for seismically-deficient frames through pushover analyses. The load capacities, story drifts, and failure modes were simulated. This procedure accounts for the effects of shear failures and the shear-axial force interaction, and thus is suitable for modeling seismically-deficient frames. It is demonstrated that a comprehensive analysis method with a capability of simulating material constitutive response and significant second-order mechanisms is essential in achieving a satisfactory response simulation. It is further shown that such analysis methods are invaluable in determining the expected seismic response, safety, and failure mode of the frame structures for a performance-based seismic evaluation. In addition, a new computer program was developed to aid researchers and engineers in the direct displacement-based seismic design process by assessing whether a frame structure meets the code-based performance requirements by analyzing the analysis results. As such, the proposed procedure facilitates the performance-based design of new buildings as well as the numerical assessment and retrofit design of existing buildings. A sample frame analysis was presented to demonstrate the application and verification of the approach.
Traditional structural dynamic analysis and Structural Health Monitoring (SHM) of large scale concrete civil structures rely on manufactured embedding transducers to obtain structural dynamic properties. However, the embedding of manufactured transducers is very expensive and low efficiency for signal acquisition. In dynamic structural analysis and SHM areas, piezoelectric transducers are more and more popular due to the advantages like quick response, low cost and adaptability to different sizes. In this paper, the applicable feasibility assessment of the designed "artificial" piezoelectric transducers called Concrete Piezoelectric Smart Module (CPSM) in dynamic structural analysis is performed via three major experiments. Experimental Modal Analysis (EMA) based on Ibrahim Time Domain (ITD) Method is applied to experimentally extract modal parameters. Numerical modal analysis by finite element method (FEM) modeling is also performed for comparison. First ten order modal parameters are identified by EMA using CPSMs, PCBs and FEM modeling. Comparisons are made between CPSMs and PCBs, between FEM and CPSMs extracted modal parameters. Results show that Power Spectral Density by CPSMs and PCBs are similar, CPSMs acquired signal amplitudes can be used to predict concrete compressive strength. Modal parameter (natural frequencies) identified from CPSMs acquired signal and PCBs acquired signal are different in a very small range (~3%), and extracted natural frequencies from CPSMs acquired signal and FEM results are in an allowable small range (~5%) as well. Therefore, CPSMs are applicable for signal acquisition of dynamic responses and can be used in dynamic modal analysis, structural health monitoring and related areas.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.779-784
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2011
Free and forced vibration analysis of the global ship structure using the 3-dimensional finite element(FE) method requires not only the specialized knowledge such as ship structure interacted with fluid, damping and various excitations due to propulsion system but also time-consuming manual tasks in FE modeling, analysis and response evaluation. As a result, the quality of the vibration analysis highly depends on engineer's expertise and experience. In this study, a framework system to improve the efficiency of global ship vibration analysis is introduced. The system promising the utilization of MSC/Patran and MSC/Nastran consists of various modules to support data management, FE modeling of ship structure and loading, input deck generation for free and forced vibration analysis, data extraction and evaluation of analysis results, and databases for FE models of marine diesel engines and vibration criteria. The system may be useful for pursuing standardization of uncertain analysis factors as well as reducing time, cost and human dependency in ship vibration analysis.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.10
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pp.118-125
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1999
In the grinding process, generally, the exciting forces with high frequency can be generated due to the wheel wear and the grinding process. As the grinding speed increases, the precise investigation about the wheel dynamic characteristics is required. Conventionally the wheel-spindle has been considered with lumped model in dynamic modeling. With this lumped model, the significant mode resulted from the shell mode of wheel can be readily ignored. This paper suggests the new analysis model which includes the shell mode of wheel in modeling the wheel-spindle assembly. Furthermore, based on the suggested model, the effects of the bolt tightening force and the taper tightening force on the dynamic properties are investigated by the finite element modal analysis and the experimental method. As a result of investigation, the shell mode vibration of wheel affects the dynamic characteristics of the spindle assembly. Also, the vibration modes of the spindle assembly are significantly affected by the joint tightening forces.
Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
Inertia welding is a solid-state welding process in which butt welds in materials are made in bar and in ring form at the joint face, and energy required for welding is obtained from a rotating flywheel. The stored energy is converted to frictional heat at the interface under axial load. The quality of the welded joint depends on many parameters, including axial force, initial revolution speed and energy, amount of upset, working time, and residual stresses in the joint. Inertia welding was conducted to make the large rotor shaft for low speed marine diesel engine, alloy steel for shaft of 140mm. Due to material characteristics, such as, thermal conductivity and high temperature flow stress, on the two sides of the weld interface, modeling is crucial in determining the optimal weld parameters. FE simulation is performed by the commercial code DEFORM-2D. A good agreement between the predicted and actual welded shape is observed. It is expected that modeling will significantly reduce the number of experimental trials needed to determine the weld parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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