Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.
The steel-concrete composite system has been playing a vital role in the construction sector for the past two decades. By using steel and concrete together, we achieve strong load resistance with minimal deflection and bending stress. The study focuses on the numerical and analytical behaviour of concrete encased steel castellated beams and compared them with previous experiments. The study used five composite beams, including one control reinforced concrete beam (CC), one fully concrete encased steel beam (FCES), and three fully concrete encased castellated beams. The major variable is the opening configuration of the castellated beam, such as openings along the longitudinal axis, above the longitudinal axis, and below the longitudinal axis. The 150 mm × 250 mm cross section and 2000 mm in length of beams were used. Using the finite element software ANSYS, we conduct nonlinear finite element analysis for the entire beam and compare it with test data. The numerical load carrying capacity of concrete encased steel castellated beam with a hexagonal opening above the longitudinal axis (FCESCB H2) is 160 kN is closer to the experimental observation. Von Mises strain of FCESB is 0.004232, which is lower than CB and composite castellated beam. The ductility factor and energy absorption capacity of FCESB are 5.090 and 1688.47 kNm. It was observed that the configuration of the opening will influence the strength of the composite beam. Plastic moment methods were employed to estimate the ultimate load carrying capacity of the beam. In the analytical study the beams were assumed as perfectly plastic. The ultimate analytical load carrying capacity of FCESCB H2 is 21.87% higher than FCESB. It found that performing FCESCB H2 is superior to the entire specimen.
Nonhydrostatic effects on convectively forced mesoscale flows in two dimensions are numerically investigated using a nondimensional model. An elevated heating that represents convective heating due to deep cumulus convection is specified in a uniform basic flow with constant stability, and numerical experiments are performed with different values of the nonlinearity factor and nonhydrostaticity factor. The simulation result in a linear system is first compared to the analytic solution. The simulated vertical velocity field is very similar to the analytic one, confirming the high accuracy of nondimensional model's solutions. When the nonhydrostaticity factor is small, alternating regions of upward and downward motion above the heating top appear. On the other hand, when the nonhydrostaticity factor is relatively large, alternating updraft and downdraft cells appear downwind of the main updraft region. These features according to the nonhydrostaticity factor appear in both linear and nonlinear flow systems. The location of the maximum vertical velocity in the main updraft region differs depending on the degrees of nonlinearity and nonhydrostaticity. Using the Taylor-Goldstein equation in a linear, steady-state, invscid system, it is analyzed that evanescent waves exist for a given nonhydrostaticity factor. The critical wavelength of an evanescent wave is given by ${\lambda}_c=2{\pi}{\beta}$, where ${\beta}$ is the nonhydrostaticity factor. Waves whose wavelengths are smaller than the critical wavelength become evanescent. The alternating updraft and downdraft cells are formed by the superposition of evanescent waves and horizontally propagating parts of propagating waves. Simulation results show that the horizontal length of the updraft and downdraft cells is the half of the critical wavelength (${\pi}{\beta}$) in a linear flow system and larger than ${\pi}{\beta}$ in a weakly nonlinear flow system.
In the recent field of recommendation systems, various studies have been conducted to model sparse data effectively. Among these, GLocal-K(Global and Local Kernels for Recommender Systems) is a research endeavor combining global and local kernels to provide personalized recommendations by considering global data patterns and individual user characteristics. However, due to its utilization of kernel tricks, GLocal-K exhibits diminished performance on highly sparse data and struggles to offer recommendations for new users or items due to the absence of side information. In this paper, to address these limitations of GLocal-K, we propose the GEase-K (Global and EASE kernels for Recommender Systems) model, incorporating the EASE(Embarrassingly Shallow Autoencoders for Sparse Data) model and leveraging side information. Initially, we substitute EASE for the local kernel in GLocal-K to enhance recommendation performance on highly sparse data. EASE, functioning as a simple linear operational structure, is an autoencoder that performs highly on extremely sparse data through regularization and learning item similarity. Additionally, we utilize side information to alleviate the cold-start problem. We enhance the understanding of user-item similarities by employing a conditional autoencoder structure during the training process to incorporate side information. In conclusion, GEase-K demonstrates resilience in highly sparse data and cold-start situations by combining linear and nonlinear structures and utilizing side information. Experimental results show that GEase-K outperforms GLocal-K based on the RMSE and MAE metrics on the highly sparse GoodReads and ModCloth datasets. Furthermore, in cold-start experiments divided into four groups using the GoodReads and ModCloth datasets, GEase-K denotes superior performance compared to GLocal-K.
Transient sorption experiments were conducted among several combinations of fluoropolymers and various organic solvents. Fully fluorinated polymer tended to exhibit ideal sorption behavior, while partially fluorinated polymers showed anomalous sorption behaviors with a drastic acceleration at the final stage of uptake. Minimization of least-squares of the measured and predicted fractional uptake, which indicated the increasing degree of deviation from Fickian diffusion, gave values of 3.0${\times}$10$\^$-4/, 1.75${\times}$10$\^$-3/, 8.68${\times}$10/sup-3/, 1.75${\times}$10$\^$-2/, respectively, for perfluoroalkoxy copolymer, poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene), poly(vinylidene fluoride), poly(ethylene-co-chlorotrifluoroethylene). From stress-strain tests, it was confirmed that non-Fickian diffusion is closely related to the significant variation of mechanical properties (such as modulus and tensile strength) of swollen polymer. Anomalous sorption behavior stemmed from non-Fickian diffusion caused by nonlinear disruption of polar inter-segmental bonds due to solvent-induced plasticization. Thus, it is imperative to investigate the diffusion behavior of swelling solvents in partially fluorinated polymers, especially for the application to barrier materials or perm-selective membranes.
There were already several studies conducted on the steel-concrete (SC) composite column, which was developedcomplement the weaknesses and maintain the advantages of previous composite columns. The axial compressive capacity of the SC composite column was estimated by the tests in previous studies, but the experiments for the large-scale column could not be performed because of the limitation with the laboratory's capacity. In this study, the analytical study was performed using the general finite element analysis program to reflect the interaction of concrete and steel and the local buckling of steel flange composed of the non-compact section. The appropriateness of the analytical model was verified by the comparison between experimental and analytical results. The nonlinear behavior of full-scale SC composite column was analyzed using the verified analytical model. From these analytical studies, it was concluded that the width-to-thickness ratio of the steel cross-section of the SC composite column should not exceed 25:0. The section area of the link is best when it is over 0.025 dt, and the link distance is to be less than D/2 or 300mm.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.12
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pp.1043-1053
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2016
In this paper, the application of Parallel Distributed Compensation (PDC) controller for fixed pitch rotary wing system was studied. For nonlinear modeling, T-S fuzzy model was utilized to advance system control including the tilt type UAV. PDC controller was designed through the Linear Matrix Inequality (LMI). Experiments for determining the applicability and feasibility of PDC were performed using the 1 axis attitude control equipment and simulation. To verify the performance and characteristics of the controller, Mathworks Co. Simulink was used. After then, the PDC controller performance was verified and the results with developed controller using a 1 axis attitude control equipment were compared. Verification of the feasibility of PDC controller for the fixed pitch rotary wing system and identification of the overall performance and improvement analysis was conducted based on the experimental results.
Kim, Sun-Sin;Chun, In-Sik;Lee, Young-Gun;Ko, Jang-Hee;Hong, Seung-Ik
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.1
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pp.34-42
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2011
It's been reported that the global warming effect has invoked the ever increasing typhoon intensity and long-term sea level rise which jointly cause severe wave overtopping over breakwaters or shore dykes. A simple measure to cope with this undesirable change may be just to increase the crest height of the dykes and breakwaters. This is surely effective to prevent wave overtopping, but it also decreases the seaward visibility of coastal waterfront. In this paper, a dynamic deformable rubber membrane parapet which not only reduces wave overtopping in storm period but also secures seascapes in normal days is presented. Several optimal configurations of the parapet are proposed. Through numerical analyses using a nonlinear finite element model and hydraulic experiments, the air controlled expansion and contraction of the parapets, their behavior against wave overtopping and structural stability are investigated.
The objective of this paper is the establishment of finite element analysis frame work for pavement research. Finite element analysis results simulating various loading experiments are verified with sensor measurements obtained from the KHC Test Road. The accuracy of the finite element analysis can be supported by these efforts so that it helps spread out the finite element analysis to pavement research and design processes. The finite element model used in this research is the full 3D nonlinear model including concrete slab, lean concrete base, subbase, shoulder, dowel, and tie-bar. In order to accomplish the accurate verification, the loading condition and the pavement temperature distribution are exactly simulated with field measured data. The curling behavior and the strain distribution are compared with measured responses from the loading tests with a truck and the FWD. Strain and curling predictions from the concrete slab are matched well with measured responses but the strain prediction from the lean concrete base is not matched with measured response. In addition, the magnitude of permanent curling is evaluated with the finite element analysis.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.4
no.1
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pp.26-34
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1999
According to increase of nonlinear power electronics equipment, active power filters have been researched and developed for many years to compensate harmonic disturbances and reactive power. However the commercial of active power filter is being proceeded slowly, because the cost of active power filter compared to the passive filter for harmonic and reactive power compensation is expensive. Especially, the use of DSP (Digital Signal Processing) chip, which is frequently used to control 3-phase active power filter, is a factor of increasing the cost of active power filters. On the other hand, the use of only analog controller makes the controller's circuits much more complicate and depreciates the flexibilities of controller. In this paper, a controller with low cost for 5[kVA] 3-phase active power filter system is designed. To reduce the expense of active filter system, the presented controller is composed of digital control part using Intel 80C196KC $\mu$P and analog control part using hysteresis controller for current control. Characteristic analysis of designed controller for active filter system is performed by computer simulation and compensating characteristics of the designed controller are verified by experiment.tegy can apply to the vector control, leading to better output torque capability in the ac motor drive system. This strategy is that in the overmodulation range, the d-axis output current is given a priority to regulate the flux well, instead the q-axis output curent is sacrificed. Therefore, the vector control even in the overmodulation PWM operation can be achieved well. For this purpose, the d-axis output voltage of a current controller to control the flux is conserved. the q-axis output voltage to control the torque is controlled to place the reference voltage vector on the hexagon boundary in case of the overmodulation. The validity of the proposed overall scheme is confirmed by simulation and experiments for a 22[kW] induction motor drive system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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