Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.3
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pp.40-46
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2009
Toroidally-wound brushless direct-current (BLOC) machines are compact, highly efficient, and can work across a large magnetic gap. For these reasons, they have been used in pumps, flywheel energy storage systems and left ventricular assist devices among others. The common feature of these systems is a spinning rotor supported by a set of (either mechanical or magnetic) bearings. From the view point of dynamics, it is desirable to increase the first critical speed of the rotor so that it can run at a higher operating speed. The first critical speed of the rotor is determined by the radial stiffnesses of the bearings and the rotor mass. The motor also affects the first critical speed if the rotor is displaced from the rotating center. In this paper, we analytically derive the flux density distribution in a toroidally-wound BLOC machine and also derive the negative stiffness of the motor, based on the assumption that the rotor displacement perturbs the flux density distribution linearly. The estimated negative stiffness is validated by finite element analyses.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.120-128
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2004
The impulse between launch vehicle and atmosphere can generate a lot of noise and vibration during the process of launching a satellite. Structurally, the electronic equipment of a satellite consists of an aluminum case containing PCB. Each PCB has resistors and IC. Noise and vibration of the wide frequency band are transferred to the inside of fairing, subsequently creating vibration of the electronic equipment of the satellite. In this situation, random vibration can cause malfunctioning of the electronic equipment of the device. Furthermore, when the frequency of random vibration meets with natural frequency of PCB, fatigue fracture may occur in the part of solder joint. The launching environment, thus, needs to be carefully considered when designing the electronic equipment of a satellite. In general, the safety of the electronic equipment is supposed to be related to the natural frequency, shapes of mode and dynamic deflection of PCB in the electronic equipment. Structural vibration analysis of PCB and its electronic components can be performed using either FEM or vibration test. In this study, the natural frequency and dynamic deflection of PCB are measured by FEM, and the safety of the electronic components of PCB is evaluated according to the results. This study presents a unique method for finite element modeling and analysis of PCB and its electronic components. The results of FEA are verified by vibration test. The method proposed herein may be applicable to various designs ranging from the electronic equipments of a satellite to home electronics.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.2
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pp.203-209
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2004
Compliant bi-stable mechanism allows two stable states within its operation range staying at one of the local minimum states of the potential energy. Energy storage characteristics of the bi-stable mechanism offer two distinct and repeatable stable states, which require no power input to maintain it at each stable state. This paper suggests an equivalent model of the chevron-type bi-stable microactuator using the equivalent spring stiffness in the rectilinear and the rotational directions. From this model the range of spring stiffness where the bi-stable mechanism can be operated is analyzed and compared with the results of the FEA (Finite Element Analysis) using ANSYS for the buckling analysis, both of which show a good agreement. Based on the analysis, a newly designed chevron-type bi-stable MEMS actuator using hinges is suggested for the latch-up operation. It is found that the experimental response characteristics of around 36V for the bi-stable actuation for the 60$mu extrm{m}$ stroke correspond very well to the results of the equivalent model analysis after the change in cross-sectional area by the fabrication process is taken into account. Together with the resonance frequency experiment where 1760Hz is measured, it is shown that the chevron-type bi-stable MEMS actuator using hinges is applicable to the optical switch as an actuator.
In this paper, in-air and in-water vibration characteristics of Rotary Specimen Rack (RSR) are estimated through 3D finite element modeling by using ANSYS software. Added mass is calculated by using Blevins' equation. To confirm the reasonability of the results presented in this study, obtained results are compared to those of using a theoretical equation. It is confirmed that in-water natural frequencies of the RSR are lower than in-air ones due to the added mass effect of the fluid. Also, to design clamp which needs to fix RSR, Von-Mises stress and displacement of RSR to clamp pressure are calculated.
Rukdee, Surangkhana;Park, Chan;Chun, Moo-Young;Yuk, In-Soo;Lee, Sung-Ho;Lee, Han-Shin;Kim, Kang-Min;Jeong, Hwa-Kyung;Strubhar, Joseph;Jaffe, Daniel T.
Bulletin of the Korean Space Science Society
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2011.04a
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pp.30.4-31
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2011
The Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) and the Department of Astronomy at the University of Texas at Austin (UT) are developing a near infrared wide-band high resolution spectrograph, IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrograph). The white-pupil design of the instrument optics uses 7 cryogenic mirrors including 3 aspherical off-axis collimators and 4 flat fold mirrors. Two of the 3 collimators are H- and K-band pupil transfer mirrors and they are designed as compensators for the system alignment in each channel. Therefore, their mount design will be one of the most sensitive parts in the IGRINS optomechanical system. The design work will include the computer-aided 3D modeling and finite element analysis (FEA) to optimize the structural stability of the mount models. The mount body will also include a tip-tilt and translation adjustment mechanism to be used as the alignment compensators.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.642-653
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2008
In this paper, we propose a 3-D finite element (FE) analysis model with combined physical behavior and kinematical impact factors for evaluation of residual stress in multi-impact shot peening. The FE model considers both physical behavior of material and characteristics of kinematical impact. The physical parameters include elastic-plastic FE modeling of shot ball, material damping coefficient, dynamic friction coefficient. The kinematical parameters include impact velocity and diameter of shot ball. Multi-impact FE model consists of 3-D symmetry-cell. We can describe a certain repeated area of peened specimen under equibiaxial residual stress by the cell. With the cell model, we investigate the FE peening coverage, dependency on the impact sequence, effect of repeated cycle. The proposed FE model provides converged and unique solution of surface stress, maximum compressive residual stress and deformation depth at four impact positions. Further, in contrast to the rigid and elastic shots, plastically deformable shot produces residual stresses closer to experimental solutions by X-ray diffraction. Consequently, it is confirmed that the FE model with peening factors and plastic shot is valid for multi-shot peening analyses.
In comparison with conventional motors, Superconducting Homopolar Synchronous Motors (SHSMs) have advantages that it generates high magnetic field by superconducting winding. Therefore, superconducting coil used in SHSM can reduce the motor size and enhance the motor efficiency for high torque applications under the space constraints for propulsion system. During the design process of SHSM, it is required to evaluate the performance of initial design model, that is accurately analyzed using 3D magnetic field modeling large air-gap and flux distribution of axial direction is properly taken into account. In this paper, we analyze magnetic field of a homopolar motor with a 4-pole homopolar rotor and a stator of 3 phase windings. The field analysis is done using 3D finite element analysis which can reflect the end effect and overhang winding. And we extract mutual inductances between a rotor wind and the 3 stator windings. The extracted inductances are used for evaluation of overall motor performances that are calculated with generalized circuit theory of electrical machines.
Seo, Hyeong-Yeol;Kim, Doo-Kie;Kim, Dong-Hyawn;Cui, Jintao;Lee, Young-Ho
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.588-593
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2007
Fiber reinforced polymer(FRP) composite decks are new to bridge applications and hence not much literature exists on their structural mechanical behavior. As there are many differences between numerical displacements through static analysis of the primary model and experimental displacements through static load tests, system identification (SI)techniques such as Neural Networks (NN) and support vector machines (SVM) utilized in the optimization of the FE model. During the process of identification, displacements were used as input while stiffness as outputs. Through the comparison of numerical displacements after SI and experimental displacements, it can note that NN and SVM would be effective SI methods in modeling an FRP deck. Moreover, two methods such as response surface method and iteration were proposed to optimize the estimated stiffness. Finally, the results were compared through the mean square error (MSE) of the differences between numerical displacements and experimental displacements at 6 points.
A mathematical model is described for the prediction of convective upward transport of an organic solvent driven by evaporation at the surface, which is known as the major transport mechanism in the in-situ photolysis of a soil contaminated with 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin(TCDD). A finite-element model was proposed to incorporate the effects of multiphase flow on the distribution of each fluid, gravity as a driving force, and the use of hysteretic models for more accurate description of k-S-p relations. Extensive numerical calculations were performed to study fluid flow through three types of soils under different water table conditions. Predictions of relative permeability-saturation-pressure (k-S-p) relations and fluids distribution for an illustrative soil indicate that hysteresis effects may be quite substantial. This result emphasizes the need to use hysteretic models in performing flow simulations including reversals of flow paths. Results of additional calculations accounting for hysteresis on the one-dimensional unsaturated soil columns show that gravity affects significantly on the flow of each fluid during gravity drainage, solvent injection, and evaporation, especially for highly permeable soils. The rate and duration of solvent injection also have a profound influence on the fluid saturation profile and the amount of evaporated solvent. Key factors influencing water drainage and solvent evaporation in soils also include hydraulic conductivity and water table configuration.
In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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