• Title/Summary/Keyword: 탄성다물체계

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유한 요소 정식화를 이용한 해상 크레인 붐(boom)의 탄성체 모델링 (Elastic Boom Modeling of a Floating Crane based on Finite Element Formulation)

  • 박광필;차주환;이규열
    • 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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    • pp.192-195
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    • 2010
  • 본 논문에서는 해상 크레인과 중량물의 동적 거동을 시뮬레이션하기 위해, 유한 요소 정식화(finite element formulation)를 이용하여 해상 크레인의 붐(boom)을 탄성체로 모델링 하였다. 붐은 3차원 탄성 빔(beam) 요소로 가정하고, 각 요소의 변형에 의한 변위는 형상 함수(shape function)과 절점 좌표(nodal coordinate)를 이용하여 정의하였다. 변형 변위를 이용하여 탄성 붐의 강성 행렬(stiffnes matrix)을 유도하고, 탄성 변위를 포함하는 위치 벡터를 이용하여 질량 행렬을 유도한다. 해상 크레인과 중량물로 이루어진 운동 방정식에 탄성 붐을 포함하여 유연 다물체계(flexible multibody system) 운동 방정식을 구성한다. 외력으로는 선박 유체정역학적 힘, 유체동역학적 힘, wire rope의 장력, 중력 그리고 계류력(mooring force)이 고려되었다. 먼저 요소의 개수를 변경하며 탄성 붐의 동적 거동을 시뮬레이션 하여, 유한 요소 정식화를 이용한 모델링의 타당성을 검증하였다. 그리고 해상 크레인과 중량물의 동적 거동 시뮬레이션에 탄성 붐 모델을 적용하였다.

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탄성 다물체계의 체계적인 동역학적 해석 (A Systematic Formulation for Dynamics of Flexible Multibody Systems)

  • 이병훈;유완석
    • 대한기계학회논문집
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    • 제17권10호
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    • pp.2483-2490
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    • 1993
  • This paper presents a systematic formulation for the kinematic and dynamic analysis of flexible multibody systems. The system equations of motion are derived in terms of relative and elastic coordinates using velocity transformation technique. The position transformation equations that relate the relative and elastic coordinates to the Cartesian coordinates for the two contiguous flexible bodies are derived. The velocity transformation matrix is derived systematically corresponding to the type of kinematic joints connecting the bodies and system path matrix. This matrix is employed to represent the equations of motion in relative coordinate space. Two examples are taken to test the method developed here.

탄성 다물체계 동역학을 기반으로 한 부유식 해상 풍력 발전기 타워의 구조 해석 (Structural Analysis of Floating Offshore Wind Turbine Tower Based on Flexible Multibody Dynamics)

  • 박광필;차주환;구남국;조아라;이규열
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제36권12호
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    • pp.1489-1495
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    • 2012
  • 본 논문에서는 부유식 플랫폼의 동적 거동을 고려하여 해상 풍력 발전기 타워의 구조 해석을 수행하였다. 풍력 발전기는 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브 그리고 3 개의 블레이드로 구성된다. 타워는 3 차원 빔 요소를 사용하여 탄성체로 모델링하여 탄성 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동 방정식을 구성하였다. 회전하는 블레이드에는 블레이드 요소 운동량 이론에 따라 계산된 공기역학적 힘이 적용되었고, 부유식 플랫폼에는 유체정역학적 힘, 유체동역학적 힘 그리고 계류력이 적용되었다. 타워의 구조 동역학적 거동을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 이용하여 굽힘 모멘트와 응력을 산출하고 허용치와 비교하였다.

탄성 다물체계에 대한 조인트좌표 공간에서의 역동역학 해석 (Inverse Dynamic Analysis of Flexible Multibody System in the Joint Coordinate Space)

  • 이병훈
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제21권2호
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    • pp.352-360
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    • 1997
  • An inverse dynamic procedure for spatial multibody systems containing flexible bodies is developed in the relative joint coordinate space. Constraint acceleration equations are derived in terms of relative coordinates using the velocity transformation technique. An inverse velocity transformation operator, which transforms the Cartesian velocities to the relative velocities, is derived systematically corresponding to the types of kinematic joints connecting the bodies and the system reference matrix. Using the resulting matrix, the joint reaction forces and moments are analyzed in the Cartesian coordinate space. The formulation is illustrated by means of two numerical examples.

탄성 시스템에서의 효율적인 좌표분할법 선정에 관한 연구 (Selection of efficient coordinate partitioning methods in flexible multibody systems)

  • 김외조;유완석
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제21권8호
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    • pp.1311-1321
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    • 1997
  • In multibody dynamics, differential and algebraic equations which can satisfy both equation of motion and kinematic constraint equation should be solved. To solve these equations, coordinate partitioning method and constraint stabilization method are commonly used. In the coordinate partitioning method, the coordinates are divided into independent and dependent and coordinates. The most typical coordinate partitioning method are LU decomposition, QR decomposition, and SVD (singular value decomposition). The objective of this research is to find an efficient coordinate partitioning method in the dynamic analysis of flexible multibody systems. Comparing two coordinate partitioning methods, i.e. LU and QR decomposition in the flexible multibody systems, a new hybrid coordinate partitioning method is suggested for the flexible multibody analysis.

폐쇄계를 포함하는 탄성 기계시스템의 동역학적 해석 (Dynamic Analysis of Flexible Mechanical System)

  • 안덕환;이병훈
    • 대한기계학회논문집
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    • 제19권1호
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    • pp.271-276
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    • 1995
  • This paper presents a systematic method for the dynamic analysis of flexible mechanical systems containing closed kinematic loops. Kinematics between pairs of contiguous flexible bodies is described with the joint coordinates and the deformation modal coordinates. The cut-joint constraint equations associated with the closed kinematic loops are derived, simply using the geometric conditions. The equations of motions are initially written in terms of the joint and modal coordinates using the velocity transformation technique. Lagrange multipliers associated with the cut-joint constraints for closed-loop systems are then eliminated systematically using the generalized coordinate partitioning method, resulting to a minimal set of equations of motion.

폐쇄연쇄계를 갖는 탄성 다물체계의 효율적인 조인트반력 해석 (Analysis of joint reaction forces of flexible multibody system with closed loops)

  • 최용철;김광석;김외조;유완석
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제22권3호
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    • pp.704-713
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    • 1998
  • The analysis of dynamic forces is essential to the design of systems, stress analysis, or life prediction of part of machine. Calculation of dynamic forces has very close relations with multibody dynamics algorithm. In this paper, an algorithm which calculates joint reaction force/moment of flexible multibody dynamic systems is proposed by using inverse dynamic algorithm and velocity transformation technique.

중량물의 동적 거동에 미치는 크레인 붐(boom)의 탄성 영향 분석 (Analysis of an Elastic Boom Effect on the Dynamic Response of a Cargo)

  • 박광필;차주환;이규열
    • 대한조선학회논문집
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    • 제47권3호
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    • pp.421-429
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    • 2010
  • In this paper, in order to analyze the dynamic response of a floating crane when it lifts a heavy cargo, the boom of the floating crane is considered as an elastic beam. The boom is divided into elements based on finite element formulation and the floating frame of reference formulation and nodal coordinates are employed to model the boom as a flexible body. As an extension of the previous study, in order to consider spatial motion in waves, the coupled equations of motions of the 6 degree of freedom (DOF) floating crane and 6 DOF cargo are developed based on the flexible multibody system dynamics. The 3 dimensional deformation of the elastic boom is considered with 18 DOF. The dynamic simulation of the floating crane and the cargo is performed under regular wave conditions with various cargo weights. Finally, the effects of the elastic boom on lifting cargo are discussed by comparing the simulation results between the elastic boom and a rigid boom.

붐의 탄성효과를 고려한 해상크레인의 유연 다물체 동역학 해석 (Analysis of Dynamic Response of a Floating Crane and a Cargo with Elastic Booms Based on Flexible Multibody System Dynamics)

  • 박광필;차주환;이규열
    • 대한조선학회논문집
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    • 제47권1호
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    • pp.47-57
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    • 2010
  • This study analyzes the dynamic response of a floating crane with a cargo considering an elastic boom to evaluate(or for evaluation of) its flexibility effect on their dynamic response. Flexible multibody system dynamics is applied in order to establish a dynamic equation of motion of the multibody system, which consists of flexible and rigid bodies. In addition, a floating reference frame and nodal coordinates are used to model the boom as a flexible body. The study also simulates the coupled surge, pitch, and heave motions of the floating crane carrying the cargo with three degrees of freedom by numerically solving the equation. Finally, the simulation results of the elastic and rigid booms are comparatively analyzed and the effects of the flexible boom are discussed.

해상 풍력 발전기 리프팅 해석을 위한 해상 크레인 멀티 붐 모델링 (Modeling of Multi-Boom Floating Crane for Lifting Analysis of Offshore Wind Turbine)

  • 박광필;차주환;이규열
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제35권1호
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    • pp.115-120
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    • 2011
  • 본 논문에서는 해양 풍력발전기를 해상 크레인으로 리프팅하기 위해 두 개의 탄성 붐을 가진 해상 크레인을 모델링 하고 동적 거동을 시뮬레이션 하였다. 운동 방정식은 강체와 탄성체가 포함된 다물체계 동역학을 기반으로 구성하였다. 외력으로는 유체정역학 힘, 규칙파에 의한 유체동역학 힘, 와이어로프의 장력, 계류력, 그리고 중력이 고려되었다. 두 개의 탄성 붐을 사용한 시뮬레이션 결과는 탄성 붐 한 개를 사용한 경우와 비교하여 모델의 타당성을 검증하였다. 5-MW(megawatt)급 해양 풍력 발전기를 해상 크레인이 리프팅하는 경우에 대해 동적 거동을 시뮬레이션하고 그 결과를 분석하였다.