Autonomous Underwater Vehicles (AUV's) provide an important means for collecting detailed scientific information from the ocean depths. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a design method that uses Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the hull resistance of an AUV under development. The CFD results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of an AUV with a ducted propeller. This paper also discusses the optimization of the AUV hull profile to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization in a conceptual design is possible by using a commercial CFD package. Optimum design work to minimize the drag force of an AUV was carried out, for a given object function and constraints.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.1
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pp.44-56
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2012
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) provide a useful means of collecting detailed oceano-graphic information. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a procedure using Computational Fluid Dynamics (CFD) for determining the hull resistance of an AUV under development, for a given propeller rotation speed and within a given range of AUV velocities. The CFD analysis results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) around the AUV hull and its ducted propeller. The paper then proceeds to present a methodology for optimizing the AUV profile in order to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization of conceptual designs is possible using the commercial CFD package contained in Ansys$^{TM}$. The optimum design to minimize the drag force of the AUV was identified for a given object function and a set of constrained design parameters.
A solar concentrator is a reflective surface in the shape of a parabola that collects solar rays in a focal area. This concentrator follows the path of the sun during the day with the help of a tracking system. One of the most important issues in the design and construction of these reflectors is the force exerted by the wind. This force can sometimes disrupt the stability of the concentrator and overturn the entire system. One of the ways to estimate the force is to use the numerical solution of the air flow in three dimensions around the dish. Ansys Fluent simulation software has been used for modeling several angles of attack between 0 and 180 with respect to the horizon. From the comparison of the velocity vector lines on the dish at angles of 90 to - 90 degrees, it was found that the flow lines are more concentrated inside the dish and there is a tendency for the flow to escape around in the radial direction, which indicates the presence of more pressure distribution inside the dish. It was observed that the pressure on the concave surface was higher than the convex one. Then, the effect of adding a hole with various diameter of 200, 300, 400, 500, and 600 mm on the dish was investigated. By increasing the diameter up to the optimized size of 400 mm, a decrease in the maximum pressure value in the pressure distribution was shown inside the dish. This pressure drop decreased the drag coefficient. The effect of the hole on the dish was also investigated for the 30-degree angled dish, and it was found that the results of the 90-degree case should be considered as the basis of the design.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.220-225
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2003
Recent issue of optical actuator is applying to mobile device. It leads actuator to become smaller than conventional type. This paper proposes the design of micro actuator plate spring and analysis of its vibration characteristic. Considering natural frequency of spindle motor, 1st and 2nd eigenfrequency of micro actuator must avoid its natural frequency. First, magnetic circuit is designed by using fine pattern coil and magnetic force is acquired by simulation program. Then, concept design is achieved by topology optimization. From concept design, micro actuator plate spring is embodied through DOE(design of experiment). Finally, considering vibration characteristic simultaneously, optimal plate spring design is determined by RSM(response surface method).
An efficient solution algorithm of the optimal load distribution problem with joint torque constraints is presented. Multiple robot system where each robot is rigidly grasping a common object is considered. The optimality criteria used is the sum of weighted norm of the joint torque vectors. The maximum and minimum bounds of each joint torque in arbitrary form are considered as constraints, and the solution that reduces the internal force to zero is obtained. The optimal load distribution problem is formulated as a quadratic optimization problem in R, where I is the number of robots. The general solution can be obtained using any efficient numerial method for quadratic programming, and for dual robot case, the optimal solution is given in a simple analytical form.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.184-190
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2004
Over the last few years, there has been a growing interest in quantitative representation of the weld pools in order to relate the processing conditions to the driving forces of the weldment produced and to use this information for the optimization of the welding process. A theoretical model offers a powerful alternative to check the physical concepts of the welding process and the effects of driving forces. To solve this problem, a 2-D thermo-fluid model were eve loped for determining temperature and velocity distribution for the GMA welding process.
Many mathematical techniques have been developed to determine the muscle forces and force distribution in biomechanical human model, because it is so important to understand internal forces resisting external loading. However, a three-dimensional mathematical model of wrist joint, which is essential to develop solid modeling and artificial wrist joint, has not been well developed. This study proposed to define three-dimensional mathematical model of distal radius and ulna of the human wrist and to develop a detailed two-dimensional finite element through comparisons to existing analytical models and experimental tests. This mathematical model were accurately recreated, allowing the internal tendon force as well as force transmission and distribution through the distal radios and ulna during dynamic loadings. The results found in this study indicate and support the findings of other investigator that cyclic loading condition results in higher compression force on distal radius and ulna and may be source of wrist disorder.
Triangular pyramid and Quadrangular pyramid elements for partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system are investigated in the present study. Macro programs for six typical partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system are compiled by using the ANSYS Parametric Design Language (APDL). Internal force analysis of six spherical reticulated shells is carried out. Distribution regularity of the stress and displacement are studied. A shape optimization program is proposed by adopting the sequence two-stage algorithm (RDQA) in FORTRAN environment based on the characteristics of partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system and the ideas of discrete variable optimization design. Shape optimization is achieved by considering the objective function of the minimum total steel consumption, global and locality constraints. The shape optimization of six spherical reticulated shells is calculated with the span of 30m~120m and rise to span ratio of 1/7~1/3. The variations of the total steel consumption along with the span and rise to span ratio are discussed with contrast to the results of shape optimization. The optimal combination of main design parameters for six spherical reticulated shells is investigated, i.e., the number of the optimal grids. The results show that: (1) The Kiewitt and Geodesic partial double-layer spherical reticulated shells of triangular pyramidal system should be preferentially adopted in large and medium-span structures. The range of rise to span ratio is from 1/6 to 1/5. (2) The Ribbed and Schwedler partial double-layer spherical reticulated shells of quadrangular pyramidal system should be preferentially adopted in small-span structures. The rise to span ratio should be 1/4. (3) Grids of the six spherical reticulated shells can be optimized after shape optimization and the total steel consumption is optimized to be the least.
Optimization in distribution of stay cable forces is one of the most difficult aspects in the design of cable-stayed bridges. This article attempts to examine tension force influence on structural behavior of cable-stayed bridges. For the examination, finite element modeling using nonlinear static and nonlinear modal analyses was completed and compared to structural experimental results. Variables analyzed in this parametric study were: 1) Number of stay cables; 2) Tension of the stay cables, and 3) Stay cable pattern - harp and semi-fan patterns. Though the findings from the analysis are limited to the tested models, the study gives insight on the structural behavior of actual cable stayed bridges.
During bolted flange assembly, the contact stiffness of some areas of the joint surface may be low due to the elastic interaction. In order to improve the contact stiffness at the lowest position of bolted flange, the correlation model between the initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange is established in this paper. According to the stress distribution model of a single bolt, an assumption of uniform local contact stiffness of bolted flange is made. Moreover, the joint surface is divided into the compressive stress region and the elastic interaction region. Based on the fractal contact theory, the relationship model of contact stiffness and contact force of the joint surface is proposed. Considering the elastic interaction coefficient method, the correlation model of the initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange is established. This model can be employed to reverse determine the tightening strategy of the bolt group according to working conditions. As a result, this provides a new idea for the digital design of tightening strategy of bolt group for contact stiffness of bolted flange. The tightening strategy of the bolted flange is optimized by using the correlation model of initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange. After optimization, the average contact stiffness of the joint surface increased by 5%, and the minimum contact stiffness increased by 6%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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