• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.9
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• pp.807-813
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• 2016

Recently, a spherical pendulum attached to an end-effector of a robot manipulator has been frequently used for a test bed of residual vibration suppression control in a multi-dimensional motion. However, there was no automatic tracking system to detect the current bob position on-line, and there was inconvenience to not be able to store the bob position in real time and plot the trajectory. In this study, we developed a two-dimensional, real-time bob-detecting system using a digital USB camera, of which the key is hardware component design and software C programming for fast image processing and interfacing. The developed system was applied to residual vibration suppression control of a two-dimensional spherical pendulum that is attached at the end-effector of a two degree-of-freedom SCARA robot, and the effectiveness of the developed system has been demonstrated.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.18 no.6
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• pp.147-154
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• 2014

The cable damages of the bridge structures induce very important impact on the structural safety, which implies the close monitoring of the cable damage is required to secure sustained safety of the bridges. Most usual available maintenance techniques are based on the monitoring the change of the natural frequency of the structures by damages. However, existing method are based on vibration method to calculate lateral vibration and system identification can calculate the axial stiffness using sensitivity equation by trial error method. But the frequency study by the longitudinal movement need because of the sag effect in system identification. This study proposes a new method to investigate the damage magnitudes and status. The method improves the accuracies in the magnitudes and status of damages by adopting the natural frequency of longitudinal movement. The study results have been validated by comparing them with the approximate solution of FEM. Thus, the relationship of cable damage and frequency appear with relation that the severe damage has the little frequency. If we know the real frequency we can estimate the cable damage severity using this relationship. This method can be possible the efficient management of the cable damage.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.75-75
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• 2011

본 논문에서는 진동중인 교량 거더에 작용하는 풍하중을 산정하고 그에 따른 플러터 발생풍속을 예측하기 위하여 분산형 전산환경을 활용한 수치해석 연구를 수행하였다. 분산형 전산환경은 웹 포탈을 기반으로 수치해석 환경을 제공하는 수치풍동 시스템으로서, 전산유체역학(CFD : Computational Fluid Dynamics)에 대한 전문지식이 부족한 사용자들도 격자생성, 수치해석자를 이용한 계산, 가시화 등의 전 과정을 편리하게 수행할 수 있는 차세대 토목분야 연구 환경이다. 본 시스템은 그리드스피어(GfidSphere)를 기반으로 구성되었으며, 기본적으로 사용자 관리, 세션 관리, 그룹 관리, 레이아웃 관리 등을 제공하여 사용자가 포탈을 통해서 다양한 서비스를 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축하도록 도와준다. 수치해석을 위한 유체 지배방정식은 2차원 비정상 비압축성 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식이며, pseudo compressibility 방법을 적용하였다. 비정상 유동장을 해석하기 위하여 이중시간 전진법(dual time stepping)을 사용하였으며, 수렴가속화를 위해 Multi-grid 기법을 적용하였다. 또한 난류 유동장 해석을 위해서 $k-{\omega}$ SST 난류 모델을 사용하였으며, 난류 천이 과정에서의 유동을 모사하기 위하여 Total stress limitation 방법을 적용하였다. 교량 거더의 연직과 회전방향의 2자유도 움직임을 모사하기 위하여 동적격자 기법을 도입하였다. 교량 거더 주변의 비정상 유동해석 결과를 통해, 거더 표면에서 떨어져나가는 크고 작은 와류의 영향으로 양력 및 모멘트 계수 그래프가 중첩된 진폭과 주기를 갖고 주기적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 비정상 공기력을 적용한 2자유도 플러터 방정식을 통하여 플러터 발생풍속을 산정하였다. 최종적으로 본 연구에서 계산된 결과의 타당성을 검증하기 위하여 수치적으로 구한 플러터 발생풍속과 기존의 실험 및 수치해석 결과를 비교하였으며, 결과는 잘 일치하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2002.05a
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• pp.89-96
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• 2002

A two-degree of freedom model is suggested to understand the basic dynamical behaviors of the interaction between two masses of the friction induced vibration system. The two masses may be considered as the pad and the disk of the brake, The phase space analysis is performed to understand complicated dynamics of the non-linear model. Attractors in the phase space are examined for various conditions of the parameters of the model especially by emphasizing on the damping parameters. In certain conditions, the attractor becomes a limit cycle showing the stick-slip phenomena. In this paper, not only the existence of the limit cycle but also the size of the limit cycle is examined to demonstrate the non-linear dynamics that leads the unstable state. For the two different cases of the system frequency ((1)two masses with same natural frequencies, (2) with different natural frequencies), the propensity of limit cycle is discussed in detail. The results show an important fact that it may make the system worse when too much damping is present in the only one part of the masses.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.12 no.7
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• pp.502-509
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• 2002

A two-degree of freedom model Is suggested to understand the basic dynamical behaviors of the interaction between two masses of the friction induced vibration system. The two masses may be considered as the pad and the dusk of the brake. The phase space analysis is performed to understand complicated dynamics of the non-linear model. Attractors in the phase space are examined for various conditions of the parameters of the model especially by emphasizing on the damping parameters. In certain conditions, the attractor becomes a limit cycle showing the stick-slip phenomena. In this Paper, not only titre existence of the limit cycle but also the sloe of the limit cycle is examined to demonstrate the non-linear dynamics that leads the unstable state. For the two different cases of the system frequency[(1) Two masses with same natural frequencies, (2) with different natural frequencies] . the propensity of limit cycle Is discussed In detail. The results show an important fact that it may make the system worse when too much damping Is present in the only one part of the masses.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.664-668
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• 2008

본 연구에서는 비정상상태 자유수면 모의를 위해 2차원 유한체적법을 이용한 수치모형을 개발하였으며, 이론적인 해석해 및 수리실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 개발된 모형은 지배방정식으로 비선형 및 보존형 2차원 천수방정식(shallow water equation)을 이용하였으며, 동적메모리 할당 기능이 포함된 Fortran-90으로 코딩되었다. 또한 구조화된 격자 및 비구조화 격자 시스템에도 적용될 수 있도록 모형을 구성하였으며, 불규칙한 하상지형에 의해 수치진동을 감소시키기 위해 본 모형에 well-balanced HLLC 기법을 적용하였다. 모형의 적용성을 검증하기 위하여 1차원의 경우 젖은/마른 하상 조건하에서의 댐 붕괴파 문제와 하상이 변화하는 지형 구간을 통과할 때 발생되는 천이류에 대한 문제 그리고 시간에 따라 변화하는 수위와 지형 조건에서의 wetting & drying에 대한 문제에 적용하였으며, 2차원의 경우 전통적인 댐 붕괴파 문제 및 구조물에 미치는 댐 붕괴파의 영향에 대한 수리모형실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 검증결과 본 모형을 통해 계산된 수치해는 이론적인 해석해와 실측자료에 거의 정확히 일치하였으며, 향후 실제 하천 자료를 이용하여 모형의 현장 적용성을 검증할 것이다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.29 no.1
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• pp.9-18
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• 2016

The slender structures such as high rise building or marine riser are highly susceptible to dynamic force exerted by fluid-structure interactions among which vortex-induced vibration(VIV) is the main cause of dynamic unstability of the structural system. If VIV occurs in natural frequency regime of the structure, fatigue failure likely happens by so-called lock-in phenomenon. This study presents the numerical analysis of dynamic behavior of both structure and fluid in the lock-in regimes and investigates the subjacent phenomena to hold the resonance frequency in spite of the change of flow condition. Unsteady and laminar flow was considered for a two-dimensional circular cylinder which was assumed to move freely in 1 degree of freedom in the direction orthogonal to the uniform inflow. Fluid-structure interaction was implemented by solving both unsteady flow and dynamic motion of the structure sequentially in each time step where the fluid domain was remeshed considering the movement of the body. The results show reasonable agreements with previous studies and reveal characteristic features of the lock-in phenomena. Not only the lift force but also drag force are drastically increasing during the lock-in regime, the vertical displacement of the cylinder reaches up to 20% of the diameter of the cylinder. The correlation analysis between lift and vertical displacement clearly show the dramatic change of the phase difference from in-phase to out-of-phase when the cylinder experiences lock-in. From the results, it can be postulated that the change of phase difference and flow condition is responsible for the resonating behavior of the structure during lock-in.

• Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.27 no.3
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• pp.107-116
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• 1990

The liquid sloshing in an elastic tank is a fluid-structure interaction problem. It requires nonlinear analysis to solve the complicated physics involved in the large interaction of fluid-structure, the variation of dynamic characteristics of structure due to hydrodynamic loading, and the distorsion of fluid flow due to structural vibration. In this paper a Lagrangian FEM is introduced to analyze the liquid sloshing in an elastic tank assuming that the elastic wall is one degree of freedom rigid wall. Numerical integration is performed using an implicit-explicit algorithm, which is formed by mixing the predictor-corrector method and the Runge-Kutta 4th order method. The influence of dynamic characteristics of the sloshing tank on the fluid flow is discussed. The numerical method is also applied for the simulation of the wall generated wave in the tank.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 1993.04a
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• pp.86-92
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• 1993

자동차의 현가장치에 대한 능동제어연구는 국내외적으로 활발히 진행되어 왔다. 수동식현가장치는 단순히 스프링과 감쇠기로 차체의 진동을 수동 제어 하므로 성능 향상에 한계가 존재하게 된다. 수동식 현가장치가 강성계수와 감쇠계수를 조절함으로써 차체로 들어오는 진동을 억제하는 반면, 능동식제 어는 보통 유압을 이용하여 효율적으로 차체에 들어오는 진동을 억제시키게 된다. 일반적으로 자동차가 능동현가장치 설계시 요구되는 사항은 탑승자의 승차감, 조종성, 현가장치의 공간확보 문제, 경제성(제어력), 실제적으로 자동 차에 적용할 수 있는 능동제어기법인가 하는 문제이다. 자동차 능동식 현가 장치는 보통 1/4 car (2자유도계), Full-car 모델 (7자유도계) 등으로 모델링 을 하여 능동제어기를 설계한다. 1/4 car 모델의 특징은 해석이 비교적 단순 하고 현가장치의 동적거동을 이해하는데 유용하고 실험을 하거나 실제 자동 차에 적용하기 쉬운 반면에 Full-car 모델에 비해 제어력의 효율이 떨어진다 는 단점이 있다. 그 이유는 1/4 car 모델은 차체의 동역학적 특성을 고려하 여 설계하지 않았기 때문에 4개의 독립현가차축에서는 오직 그 현가축방향 으로 발생하는 수직방향의 진동만을 제어하기 때문이다. 따라서 동역학적 역 성에 기인하는 운동을 제어하는 비효율적인 제어력이 공급된다는 단점을 갖 는다. 이에 비해 full-car 모델은 주행모드(수직, 롤링, 피칭운동)간의 연성을 고려하여 제어기를 설계할 수 있기 때문에 1/4 car 모델에 비해 제어력의 효 율이 높다는 장점이 있는 반면에 모델이 수학적으로 복잡하므로 제어력을 구하는데 계산량이 많고, 실제 자동차에 적용하기에 복잡하다는 단점을 갖고 있다. 따라서 본 논문에서는 쉽게 실험할 수 있고, 실용화할 수 있는 1/4 car 모델에 대하여 능동제어기를 설계하여 실제자동차에 능동제어기를 적용할 때 참고가 될 수 있도록 하였다. 자동차는 저주파영역의 밴드통과필터 역할 을 하므로 저주파에서의 성능, 특히 탑승자가 민감하게 느끼는 0.5Hz - 10Hz 부근의 주파수성능은 승차감, 조종성에 상당히 중요하다. 이에 본 논문 에서는 0.5Hz - 10Hz 부근의 승차감, 조종성의 향상에 초점을 두고 차체의 속도를 출력변수로 한 LQG/LTR 제어기를 설계하였다. LQG/LTR 설계기법 은 안정도-강인성이 좋은 체계적인 설계기법으로서 전 상태를 측정할 필요 가 없으므로 실제 적용시 효과적이다. 또한 자동차의 제원의 변화에 대한 고 유치의 민감도해석과 새로운 개념으로 안정도-강인성(Robustness)해석을 하 여 수동시스템과 능동시스템의 강인성을 비교하였다.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.11 no.2 s.54
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• pp.57-68
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• 2007

The mega frame system is becoming popular for the design and construction of skyscrapers because this system exhibits structural efficiency by allowing high rigidity of the structure while minimizing the amount of structural materials to be used. Since the mega frame system is usually adopted for super high-rise buildings, the comfort of occupants may be main concerns in the practical application of this system. For the enhancement of the serviceability of mega frame structures, a semi-active tuned mass damper (STMD) is developed in this study. To this end, a Magnetorheological (MR) damper is employed replacing passive damper as a semi-active damper to improve the control effect of a conventional TMD. Since a conventional finite element model of mega frame structures has significant numbers of DOFs, numerical simulation for investigation of control performances of a STMD is impossible by using the full-order model. Therefore, a reduced-order system using minimal DOFs, which can accurately represent the dynamic behavior of a mega frame structure, is proposed in this study through the matrix condensation technique To improve the efficiency of the matrix condensation technique, multi-level matrix condensation technique is proposed using the structural characteristics of mega frame structures. The efficiency and accuracy of the reduced-order control proposed in this study and the control performance of a STMD were verified using example structures.