Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.2
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pp.104-113
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2020
The study aims to improve the previous theory-based algorithm on the lightweight design of laminate structures of a composite ship based on the mechanical properties of fiber, resin, and laminates obtained from experiments. From a case study on using a hydrometer to measure the specific gravity of e-glass fiber woven roving fabric/polyester resin used as the raw material for the hull of a 52 ft composite ship, the equation for calculating the weight of laminate was redefined, and the relationship between decreasing mechanical properties and increasing glass content was determined from the results of material testing according to ASTM D5083 and ASTM D790. After applying these experimental data to the existing algorithm and improving it, a possible laminate design that maximizes the specific strength of the composite material was confirmed. In a case study that applied the existing algorithm based on rules, the optimal lightweight design of composite structures was achieved when the weight fraction of e-glass fiber was increased by 57.5% compared with that in the original design, but the improved algorithm allowed for an increase of only 17.5%.
Kim, Gi-Beum;Kim, Seong-Jong;Hong, Chul-Un;Lee, Yong-Chul;Kim, Min-Ho
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.27
no.4
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pp.143-153
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2006
The purpose of this work was to assess and quantify the beneficial effects of gas exchange, while testingto the various frequencies of the sinusoidal wave that was excited by the PZT actuator, for patients suffering from acute respiratory distress syndrome (ARDS) or chronic respiratory problems. Also, this paper considered a simulator to design a hollow type artificial lung, and a mathematical model was used to predict a behavior of blood. This simulation was carried out according to the Montecarno's simulation method, anda fourth order Runge-Kutta method was used to solve the equation. The experimental design and procedure are then applied to the construction of a new device to assess the effectiveness of the membrane vibrations. As a result, the vibration method is very effective in the increase of gas transport. The gas exchange efficiency for the vibrating intravascular lung assist device can be increased by emphasizing the following design features: consistent and reproducible fiber geometry, and most importantly, an active means of enhancing convective mixing of water around the hollow fiber membranes. The experimental results showed the effective performance of the vibrating intravascular lung assist device. Also, we concluded that important design parameters were blood flow rates, fiber outer diameter and oxygen pressure drop. Based on the present results, it was believed that the optimal level of blood flow rates was 200$cm^3$/min.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.423-431
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2011
Warfighting experimentation is an important process for identifying requirements against changing military environment and for verifying proposed measures for reforming military service. The wargame simulation experiment is regarded as one of the most effective means to warfighting experimentation, and its importance is increasing than ever. On the other hand, the results of wargame experiments could be unreliable due to the uncertainty involved in the experimental procedure. To improve the reliability of the experimental results, systematic experimental procedures and analysis methods must be employed, and the design and analysis of experiments technique can be used effectively for this purpose. In this paper, AWAM, a wargame simulator, is used to optimize the organization of operational troops. The simulation model describes a warfighting situation in which the 'survival rate of our force' and the 'survival rate of the enemy force' are considered as responses, 'the numbers of weapons in the squad' as control factors, and 'the uncontrollable variables of the battlefield' as noise factors. In addition, for the purpose of effective experimentation, the product array approach in which the inner and outer orthogonal arrays are crossed is adopted. Then, the signal-to-noise-ratio for each response and the desirabilities for the means and standard deviations of responses are calculated and used to determine a compromise optimal solution. The experimental procedures and analysis methods developed in this paper can provide guidelines for designing and analyzing wargame simulation experiments for similar warfighting situations.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.2
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pp.1-7
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2018
Recently, as interest in the internet of things has increased, a vibration energy harvester has attracted attention as a power supply method for a wireless sensor. The vibration energy harvester can be divided into piezoelectric types, electromagnetic type and electrostatic type, according to the energy conversion type. The electromagnetic vibration energy harvester has advantages, in terms of output density and design flexibility, compared to other methods. The efficiency of an electromagnetic vibration energy harvester is determined by the shape, size, and spacing of coils and magnets. Generating all the experimental cases is expensive, in terms of time and money. This study proposes a method to perform design optimization of an electromagnetic vibration energy harvester using an open source, big data platform.
We conducted a multi-stage optimization to secure the desired performance of a centrifugal fan for home appliance in an early stage of product development. In optimization, the static pressure at the outlet of the fan is chosen as an objective function that is to be maximized, providing the required flow rate at the operating point of the fan. The optimization procedure begins with parameters for an initial baseline fan design. The baseline design is optimized by using a commercial optimization package. Accordingly, the corresponding blade models with a set of geometrical parameters are generated. Flow through a fan is simulated by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. A multi-stage optimization scheme is employed to determine the family of optimum values for the parameters, leading to the pressure increase at the outlet of the fan. To validate the numerically obtained optimal design parameters, we fabricated the three types of fans using rapid prototyping and assessed the performance using a fan tester. Experimental results show that the design parameters at each stage satisfy the goal of optimization. The multi-stage optimization process turned out to be a useful tool in the development of a centrifugal fan.
A design methodology for transformers including integrated and center-tapped structures for LLC resonant converters is proposed. In the LLC resonant converter, the resonant inductor in the primary side can be merged in the transformer as a leakage inductance. And, the absence of the secondary filter inductor creates low voltage stress on the secondary rectifiers and is cost-effective. A center-tapped structure of the transformer secondary side is widely used in commercial applications because of its higher efficiency and lower cost than full-bridge structures in the rectifying stages. However, this transformer structure has problems of resonance imbalance and transformer inefficiency caused by leakage inductance imbalance in the secondary side and the position of the air-gap in the transformer, respectively. In this paper, gain curves and soft-switching conditions are derived by first harmonic approximation (FHA) and operating circuit simulation. In addition, the effects of the transformer including integrated and center-tapped structures are analyzed by new FHA models and simulations to obtain an optimal design. Finally, the effects of the air-gap position are analyzed by an electromagnetic field simulator. The proposed analysis and design are verified by experimental results with a 385W LLC resonant converter.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.218-226
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2017
Severe radial thrust under off-design operating conditions can be a harmful factor for centrifugal pumps. In the present work, effects of geometry of a double volute casing on the hydrodynamic performance of a centrifugal pump have been investigated focusing on off-design conditions. Three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis was carried out by using shear stress transport turbulence model. Numerical results for the hydrodynamic performance of the centrifugal pump were validated compared with experimental data. The hydraulic efficiency and radial thrust coefficient were used as performance parameters to evaluate the hydrodynamic characteristics of the centrifugal pump. The cross-sectional area ratio of the volute casing, the expansion coefficient of the rib structure, the distance between the rib starting point and volute entrance, and radius and width of the volute entrance, and length of the rib structure, were selected as geometric parameters. Results of the parametric study show that the performance parameters are significantly affected by the geometric variables and operating conditions. Optimal configurations of the double volute casing based on the design of experiments technique show outstanding performance in terms of the efficiency and radial thrust coefficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.8
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pp.813-821
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2015
In this paper, we analyzed the problems of a batch-type sterilizer and design a continuous sterilizer to control the temperature deviation. The temperature deviation is analyzed with respect to design parameters such as a nozzle diameter, hole diameter, and nozzle length. The significant temperature parameters are optimized using the response surface methodology. An experimental apparatus is developed using the optimized design parameters. Using a field test, we show that the target temperature is obtained in about 7.3 minutes and the temperature deviation is improved about $0.84^{\circ}C$. The optimized parameters from the test are equal to the analytical parameters.
Kim, Sun-Hyoung;Jeong, Sung Eun;Hong, Seong-Joo;Lee, Choul-Gyun
Journal of Marine Bioscience and Biotechnology
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v.6
no.1
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pp.31-40
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2014
The production of astaxanthin in the microalga Haematococcus pluvialis has been investigated using a sequential methodology based on the application of two types of statistical designs. The employed preliminary experiment was a fractional factorial design $2^6$ in which the factors studied were: excessive irradiance and nitrate starvation, phosphate deficiency, acetate supplementation, salt stress, and elevated temperature. The experimental results indicate that the amount of astaxanthin accumulation in the cells can be enhanced by excessive irradiance and nitrate starvation whereas the other factors tested did not yield any enhancement. In the subsequent experiment, a central composite design was applied with four variables, light intensity, nitrate, phosphate, and acetate, at five levels each. The optimal conditions for the highest astaxanthin production were found to be $1040{\mu}E/(m^2{\cdot}s)$ light intensity, 0.04 g/L nitrate, 0.31 g/L phosphate, 0.05 g/L acetate concentration.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.1
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pp.24-31
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2018
An induction heating (IH) resonant converter, as well as its coil design method, is proposed in this study to improve the heat capability of low- and high-resistance IH vessels. Conventional IH resonant converters have been designed only for heating high-resistance containers designed for IH application. Thus, the primary current in the resonant tank becomes extremely high to transfer the rated power when the converter heats the low-resistance vessel. As a result, the rated power cannot be transferred due to overcurrent flows against the rated switch current. Hence, the optimal number of coil turns and proper operating frequency to heat high- and low-resistance vessels are proposed in this study by analyzing an IH load model. Simulation and experimental results using a 2.4 kW prototype resonant converter and its IH coil validate the proposed design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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