In this paper, the weight reduction design of the yaw gearbox for wind turbine was performed through the finite element analysis method, and the stability was checked by performing the critical speed analysis. The weight reduction product can improve engine efficiency, save parts materials, and earn economic benefits. The yaw gearbox is lightweighted with the goal of achieving a safety rate of 1.3 or higher for wind turbine as indicated by IEC61400-1. In order to reduce the weight of the carrier, a topology optimization method was performed. The safety factor was verified by performing finite element analysis on the carrier. In addition, the housing and carrier were modeled using the finite element method, and the gear train was modeled using MASTA. For the yaw gearbox, the housing and carrier FE model and the gear train model were connected by the partial structural synthesis method to perform the rotational vibration analysis. Vibration excitation sources are mass unbalance and gear mesh frrequemcy, and as a result of the critical speed analysis, it was found that there was no resonance within the operating speed range.
In this paper, design parameters of dynamic vibration absorber, which is used to reduce bending vibrations of a vehicle drive line, is optimized. For obtaining the correct dynamic response characteristics, a flexible-body drive line is made by applying the flexibility data extracted from vibration analysis of propeller shafts to the drive line dynamic model. Inner tube mass, rubber stiffness and rubber damping coefficient of the dynamic vibration absorber are taken as design parameters for optimization. To minimize the vertical acceleration of the drive line, a second-order regression equation of the objective function is generated by performing the central composite experimental design with 3 factors, 2 levels and 15 test runs. And the design parameters of the dynamic vibration absorber are determined by using optimization program. The vehicle model with optimized dynamic vibration absorber reduces the vertical acceleration peak of the drive line by 17.1 % in compared with the initial model.
In order to enhance the seismic performance of base-isolated structures on soft foundations, the hybrid system of base-isolated system (BIS) and shape memory alloy inerter (SMAI), referred to as BIS+SMAI, is for the first time here proposed. Considering the nonlinear hysteretic relationships of both the isolation layer and SMA, and soil-structure interaction (SSI), the equivalent linearized state space equation is established of the structure-BIS+SMAI system. The displacement variance based on the H2 norm is then formulated for the structure with BIS+SMAI. Employing the particle swarm optimization, the optimization design methodology of BIS+SMAI is presented in the frequency domain. The evolvement rules of BIS+SMAI in the effectiveness, robustness, SMA driving force, inertia force, stroke, and damping enhancement effect are revealed in the frequency domain through changing the inerter-mass ratio, structural height, aspect ratio, and relative stiffness ratio between the soil and structure. Meanwhile, the validation of BIS+SMAI is conducted using real earthquake records. Results demonstrate that BIS+SMAI can effectively reduce the isolation layer displacement. The inerter can significantly increase the hysteretic displacement of SMA and thus enhance its energy dissipation capacity, implying that BIS+SMAI has better effectiveness than BIS+SMA. Although BIS+SMAI and BIS+ tuned inerter damper (TID) have practically the same effectiveness, BIS+SMAI has the lower optimum damping, significantly smaller inertia force, and higher robustness to perturbations of the optimum parameters. Therefore, BIS+SMAI can be used as a more engineering realizable hybrid system for enhancing the performance of base-isolated structures in soft soil areas.
Shuaijun Zhang;Gangling Hou;Chengyu Yang;Zhihua Yue;Yuzhu Wang;Min He;Lele Sun;Xuesong Cai
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2595-2609
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2024
This paper introduces a base isolation system-tuned mass damper inerter (BIS-TMDI) hybrid system to the AP1000 nuclear power plant (NPP), which reduces seismic damage potential of the NPP structure. The effects of fluid-structure interaction (FSI) caused by the passive containment cooling system water storage tank (PCCWST) on NPP's seismic performance are investigated. The FSI of water tank theoretical model is considered based on the Housner's model, and a series of time history analyses are performed to prove the rationality of the proposed model. Three single-objective optimization strategies are employed to minimize the relative displacement variance and absolute acceleration variance of the upper structure, as well as the filtered energy index (FEI). Furthermore, a multi-objective optimization strategy considering all these three indexes is proposed to obtain optimal parameters of vibration control. The influence of vibration control strategies on the relative deformation and acceleration of the upper structure is explored with various water level ratios. The analytical results indicate that the proposed BIS-TMDI strategy has significantly reduced the NPP structure's seismic response. The effectiveness of the vibration control strategy is influenced by the water level ratio, emphasizing the significance of designing an appropriate water level ratio to reduce NPP structure's seismic response.
Mission opportunities and trajectory characteristics for the future Korean Mars mission have designed and analyzed using KSIV-III(Korea Space Launch Vehicle-III). Korea's first space center, 'NARO space center' is selected as a launch site. For launch opportunities, year 2033 is investigated under considering the date of space center's completion with KSLV series development status. Optimal magnitude of various maneuvers, Trans Mars Injection (TMI) maneuver, Trajectory Correction Maneuver (TCM), Mars Orbit Insertion (MOI) maneuver and Orbit Trim Maneuver(OTM), which are required during the every Mars mission phases are computed with the formulation of nonlinear optimization problems using NPSOL software. Finally, mass budgets for upper stage (launcher for KSIV-III and spacecraft are derived using various optimized maneuver magnitudes. For results, daily launch window from NARO space center for successful Korean Mars mission is avaliable for next 27 minutes starting from Apr. 16. 2033. 12:17:26 (UTC). Maximum spacecraft gross mass which can delivered to Mars is about 206kg, with propellant mass of 109kg and structure mass of 97kg, when on board spacecraft thruster's Isp is assumed to have 290 sec. For upper stage, having structure ratio of 0.15 and Isp value of 280 sec, gross mass is about 1293kg with propellant mass of 1099kg and structure mass of 194kg. However, including 10% margins to computed optimal maneuver values, spacecraft gross mass is reduced to about 148kg with upper stage's mass of 1352kg. This work will give various insights, requiring performances to developing of KSIV-III and spacecraft design for future Korean Mars missions.
This study investigated the use of Geobacter lovleyi with TBOS(Tetrabutoxysilane) for TCE(Trichloroethylene) dechlorination. The TCE dechlorination by Geobacter lovleiy was mathematically described as the independent variables such as initial concentration of TCE, protein mass of Geobacter lovleyi and initial concentration of TOBS, and these were modeled by the use of response surface methodology(RSM). These experiments were carried out as a Box-Behnken Design(BBD) consisting of 15 experiments. The application of RSM yielded the following equation, which is empirical relationship for the dechlorination efficiency($Y_1$, %) of TCE and first order kinetic constant of TCE($Y_2,\;d^{-1}$) by independent variables in coded unit : $Y_1=-11.50X_1$(initial concentration of TCE) + $4.25X_2$(protein mass as Geobacter lovleyi injected mass) - $4.75X_3$(initial concentration of TBOS) - ${6.58X_1}^2$ - ${8.58X_2}^2$ + 93.67, $Y_2=-10.92X_1+5.06X_2-4.89X_3-{4.93X_3}^2-2.19X_1X_2+2.54X_1X_3-2.19X_2X_3+16.71$. In this case, the value of the adjusted determination coefficient(adjusted $R^2$= 0.975 and 0.934) were closed to 1, showing a high significance of the model. Statistical results showed the order of TCE dechlorination at experimental factors to be initial TCE concentration > initial TBOS concentration > protein mass, but the interaction effects were non-significant.
Kim, Youn-Kwon;Kim, Ji-Yeon;Han, In-Sun;Kim, Ju-Hwan;Chae, Soo-Kwon
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2010.05a
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pp.1706-1709
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2010
Sewerage Treatment Plants(STPs) are complexes systems in which a range of physical, chemical and biological processes occur. Since Activated Sludge Model(ASM) No.1 was published, a number of new mathematical models for simulating biological processes have been developed. However, these models have disadvantages in cost and simplicity due to the laboriousness and tediousness of their procedures. One of the major difficulties of these mathematical model based tools is that the field-operators mostly don't have the time or the computer-science skills to handle there models, so it mainly remains on experts or special engineers. In order to solve these situations and help the field-operators, the $KM^2BM$(K-water & More-M Mass Balance Model) based on the dynamic-mass balance model was developed. This paper presents $KM^2BM$ as a simulation tools for STPs design and optimization. This model considers the most important microbial behavioral processes taking place in a STPs to maximize potential applicability without increasing neither model parameter estimation nor wastewater characterization efforts.
Shitsi, Edward;Debrah, Seth Kofi;Chabi, Silas;Arthur, Emmanuel Maurice;Baidoo, Isaac Kwasi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.842-848
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2022
Parametric studies of heat transfer and fluid flow are very important research of interest because the design and operation of fluid flow and heat transfer systems are guided by these parametric studies. The safety of the system operation and system optimization can be determined by decreasing or increasing particular fluid flow and heat transfer parameter while keeping other parameters constant. The parameters that can be varied in order to determine safe and optimized system include system pressure, mass flow rate, heat flux and coolant inlet temperature among other parameters. The fluid flow and heat transfer systems can also be enhanced by the presence of or without the presence of particular effects including gravity effect among others. The advanced Generation IV reactors to be deployed for large electricity production, have proven to be more thermally efficient (approximately 45% thermal efficiency) than the current light water reactors with a thermal efficiency of approximately 33 ℃. SCWR is one of the Generation IV reactors intended for electricity generation. High Performance Light Water Reactor (HPLWR) is a SCWR type which is under consideration in this study. One-eighth of a proposed fuel assembly design for HPLWR consisting of 7 fuel/rod bundles with 9 coolant sub-channels was the geometry considered in this study to examine the effects of system pressure and mass flow rate on wall and fluid temperatures. Gravity effect on wall and fluid temperatures were also examined on this one-eighth fuel assembly geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) code, STAR-CCM+, was used to obtain the results of the numerical simulations. Based on the parametric analysis carried out, sub-channel 4 performed better in terms of heat transfer because temperatures predicted in sub-channel 9 (corner subchannel) were higher than the ones obtained in sub-channel 4 (central sub-channel). The influence of system mass flow rate, pressure and gravity seem similar in both sub-channels 4 and 9 with temperature distributions higher in sub-channel 9 than in sub-channel 4. In most of the cases considered, temperature distributions (for both fluid and wall) obtained at 25 MPa are higher than those obtained at 23 MPa, temperature distributions obtained at 601.2 kg/h are higher than those obtained at 561.2 kg/h, and temperature distributions obtained without gravity effect are higher than those obtained with gravity effect. The results show that effects of system pressure, mass flowrate and gravity on fluid flow and heat transfer are significant and therefore parametric studies need to be performed to determine safe and optimum operating conditions of fluid flow and heat transfer systems.
Suresh, Arumuganainar;Choi, Hong Lim;Yao, Hongqing;Zhu, Kun
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.17
no.4
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pp.36-47
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2009
Microbial and related biochemical mass of composts are important for optimization of its process and end-products. This study was carried out to assess the specific microbial and related biochemical mass which could be used as an indicator for compost maturity during composting stages. The samples from five compost plants were collected at three stages (Initial, Thermophilic and Mature) and analyzed for total aerobic bacteria (TAB), Coliforms, Escherichia coli, Actinomycetes and fungi. Significantly, the coliforms and E.coli counts decreased during the thermophilic stage and were completely eliminated during mature stage. However, the other microbial mass were completely eliminated during mature stage. Which disclosed that Coliforms and E.coli communities can be used as compost maturity indicator. Interestingly, the microbial biomass carbon and nitrogen ratio (MBC/MBN) were decreased a little during the thermophilic stage due to the decreasing number of coliforms, Ecoli and fungi, while the ratio increased during the mature stage due to increasing fungal and aerobic bacterial counts. In addition the heavy metals were shown strong negative correlation with Actenomycetes. This study provides insight to the evaluation of compost maturity as well as the quality by the metal-microbial interactions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.12
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pp.4697-4706
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2010
This paper suggested the optimal operating design method using simulation and ANP(Analytic Network Process) for mass-customization in the automotive component manufacturing industry. For this, first of all, we built the simulation model including various and complex factors in the field, and estimated the meta-model by RSM(Response Surface Method). Secondly using ANP, we calculated the weight of relative importance of evaluation factors gathered from decision makers. And then, we proposed the optimal operation designs by MOGA(Multi-Objective Genetic Algorithm), analyzed results of them. Moreover, by comparing the results with the consequences using AHP(Analytic Hierarchy Process), we showed its superiority of suggested method to the manner using AHP, because it reflects inner, outer dependency, and inter-relation among judgement factors. In conclusion, through this process, we can present the better way to serve mover effective, precise, and accurate information to decision makers when they build operation design for mass-customization system as automotive parts production system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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