• Coupled systems mechanics
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• 제2권3호
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• pp.231-253
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• 2013

The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.

• International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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• 제12권2호
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• pp.121-130
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• 2012

This paper proposes an intuitive real-time robot control system using human body movement. Recently, it has been developed that motion generation for humanoid robots with reflecting human body movement, which is measured by a motion capture. However, in the existing studies about robot control system by human body movement, the detailed structure information of a robot, for example, degrees of freedom, the range of motion and forms, must be examined in order to calculate inverse kinematics. In this study, we have proposed Associative Motion Generation as humanoid robot motion generation method which does not need the detailed structure information. The associative motion generation system is composed of two neural networks: nonlinear principal component analysis and Jordan recurrent neural network, and the associative motion is generated with the following three steps. First, the system learns the correspondence relationship between an indication and a motion using training data. Second, associative values are extracted for associating a new motion from an unfamiliar indication using nonlinear principal component analysis. Last, the robot generates a new motion through calculation by Jordan recurrent neural network using the associative values. In this paper, we propose a real-time humanoid robot control system based on Associative Motion Generation, that enables user to control motion intuitively by human body movement. Through the task processing and subjective evaluation experiments, we confirmed the effective usability and affective evaluations of the proposed system.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제3권2호
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• pp.192-211
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• 2010

In most framed structures the nonlinearities and the damages are localized, extending over a limited length of the structural member. In order to capture the details of the local damage, the segments of a member that have entered the nonlinear range may need to be analyzed using the three-dimensional element (3D) model whereas the rest of the member can be analyzed using the simpler one-dimensional (1D) element model with fewer degrees of freedom. An Element-Coupling model was proposed to couple the small scale solid 3D elements with the large scale 1D beam elements. The mixed dimensional coupling is performed imposing the kinematic coupling hypothesis of the 1D model on the interfaces of the 3D model. The analysis results are compared with test results of a reinforced concrete pipe column and a structure consisting of reinforced concrete columns and a steel space truss subjected to static and dynamic loading. This structure is a reduced scale model of a direct air-cooled condenser support platform built in a thermal power plant. The reduction scale for the column as well as for the structure was 1:8. The same structures are also analyzed using 3D solid elements for the entire structure to demonstrate the validity of the Element-Coupling model. A comparison of the accuracy and the computational effort indicates that by the proposed Element-Coupling method the accuracy is almost the same but the computational effort is significantly reduced.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.183-204
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• 2024

In current investigation, a novel beam finite element model is formulated to analyze the buckling and free vibration responses of functionally graded porous beams resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. The novelty lies in the formulation of a simplified finite element model with only three degrees of freedom per node, integrating both C⁰ and C¹ continuity requirements according to Lagrange and Hermite interpolations, respectively, in isoparametric coordinate while emphasizing the impact of z-coordinate-dependent porosity on vibration and buckling responses. The proposed model has been validated and demonstrating high accuracy when compared to previously published solutions. A detailed parametric examination is performed, highlighting the influence of porosity distribution, foundation parameters, slenderness ratio, and boundary conditions. Unlike existing numerical techniques, the proposed element achieves a high rate of convergence with reduced computational complexity. Additionally, the model's adaptability to various mechanical problems and structural geometries is showcased through the numerical evaluation of elastic foundations, with results in strong agreement with the theoretical formulation. In light of the findings, porosity significantly affects the mechanical integrity of FGP beams on elastic foundations, with the advanced beam element offering a stable, efficient model for future research and this in-depth investigation enriches porous structure simulations in a field with limited current research, necessitating additional exploration and investigation.

• 해양환경안전학회지
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• 제19권2호
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• pp.193-199
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• 2013

파랑 중 선박의 직진성능을 시뮬레이션을 통하여 비교 검토하였다. 시뮬레이션을 구성하기위해 선박의 3자유도 조종운동방정식을 사용했으며, 선박에 가해지는 파랑강제력은 3차원 특이점 분포법을 사용하여 계산하였다. 시뮬레이션의 외란으로서 규칙파와 불규칙파를 사용하였고 최대사용타각과 제어시간지연을 제어기의 제한조건으로 설정하였다. 조종성능에 따른 직진성능을 검토하기 위해 유체력 미계수를 인위적으로 변화시킴으로서 조종성능이 다른 선박의 시뮬레이션을 구성하였다. Autopilot제어기를 사용한 일정시간의 선박의 직진 시뮬레이션을 수행하고 해당시간동안의 직진거리를 비교하여 선박의 직진성능을 검토하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제10권2호
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• pp.38-47
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• 2005

Substructuring methods are often used in finite element structural analyses. In this study a multi-level substructuring(MLSS) algorithm is developed and proposed as a possible candidate for finite element fluid solvers. The present algorithm consists of four stages such as a gathering, a condensing, a solving and a scattering stage. At each level, a predetermined number of elements are gathered and condensed to form an element of higher level. At the highest level, each sub-domain consists of only one super-element. Thus, the inversion process of a stiffness matrix associated with internal degrees of freedom of each sub-domain has been replaced by a sequential static condensation of gathered element matrices. The global algebraic system arising from the assembly of each sub-domain matrices is solved using a well-known iterative solver such as the conjugare gradient(CG) or the conjugate gradient squared(CGS) method. A time comparison with CG has been performed on a 2-D Poisson problem. With one domain the computing time by MLSS is comparable with that by CG up to about 260,000 d.o.f. For 263,169 d.o.f using 8 x 8 sub-domains, the time by MLSS is reduced to a value less than $30\%$ of that by CG. The lid-driven cavity problem has been solved for Re = 3200 using the element interpolation degree(Deg.) up to cubic. in this case, preconditioning techniques usually accompanied by iterative solvers are not needed. Finite element formulation for the incompressible flow has been stabilized by a modified residual procedure proposed by Ilinca et al.[9].

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.21-29
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• 2006

자유도 수가 많은 고층 구조물의 해석하기 위해 모든 층에 sensors를 설치하는 것은 비 실용적이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 "reduced-order control" 방법이 소개되었다. 본 논문은 동적압축법(dynamic condensation method)이 제안되었다. 이 압축법은 반복법으로 "Guyan condensation"의 initial approximation을 적용하였다. 본 논문에서 제시된 동적압축법(dynamic condensation)은 원하는 값을 얻을 때까지 지속적으로 updated가 되며, 결과는 기존의 "Guyan condensation"보다 정확한 결과를 나타내었다. 또한 "eigenvalue shifting technique"을 적용하여 iteration으로 계산되는 시간을 크게 단축하였다. "Reduced-order system"을 도입하기 위한 두가지 schemes이 토의되었다. 제시된 동적압축법 효과의 증명을 위해 능동 동조질량감쇠 고층빌딩의 수치 해석이 토의되었고, 단지 두 번의 반복(iterations)을 통한 결과는 매우 정확한 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.479-487
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• 2022

본 논문에서는 한국항공대학교에서 연구, 개발한 태양광 무인기 KAU-SPUAV의 자동 비행을 위한 제어기 설계 및 유도기법에 관하여 기술했다. 와류격자법을 활용하여 공력계수들을 계산했고 이를 항공기의 6자유도 방정식에 적용했다. 또한 깃요소이론을 활용하여 프로펠러의 추력 및 토크계수를 계산했다. 상승풍을 맞닥뜨렸을 때 효율적으로 활공하기 위하여 추력을 사용한 고도제어기가 KAU-SPUAV에 사용되었다. 또한 태양광 무인기의 장기체공 임무를 위해 운용 중에 발생하는 바람의 영향을 고려하기 위한 바람 추정 기법을 적용하였고, 강한 맞바람에 대처하기 위한 유도기법과 자동 착륙 알고리즘을 구성하였으며 2021년 8월, 56시간 33분의 태양광 장기체공 실험을 통해 제어 및 유도기법의 성능을 검증하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.1-7
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• 2003

모우드 중첩법은 구조 동역학 문제의 선형 거동해를 위해서 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 모우드 중첩법의 큰 장점은 보통 저차 모우드의 작은 수 만으로 구조물의 거동해석이 충분하다는 것이다. 그러나 많은 수의 자유도를 갖는 거대 구조물에서는 수렴속도가 느리고, 정확한 모우드 중첩법이 되기 위해서는 많은 수의 모우드 수가 필요하게 된다. 모우드 중첩법의 부정확성은 사용되는 모우드 수의 절삭에 의해서 발생된다. 이러한 단점들은 모우드 가속도법에 의해서 극복될 수 있다. 조화하중을 받는 단순보에 대하여 예제해석을 수행하였으며, 두 방법에 의해서 절점 변위들의 수렴성을 비교하였다. 비교적 낮은 주파수를 갖는 하중에 대하여 모우드 가속도법은 저차 모우드 1개만으로도 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 이 방법은 수치해석에 있어서 더 경제적이며 또한 정확한 해가 된다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제27권2호
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• pp.89-98
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• 2017

외바퀴 로봇 제어에 있어 필수적인 균형 안정화 제어를 위해 제어 모멘트 자이로스코프(CMG)를 이용할 수 있다. 단일 짐벌 CMG는 단순한 구조를 가지면서 외란에 대해 강력한 복원 토크를 로봇에게 전달할 수 있다. 그러나 CMG는 복원 토크 외에 원치 않는 방향의 토크도 발생시킨다. 원치 않는 방향 토크는 회전 자유도가 높은 외바퀴 로봇 시스템에서 불안정성 문제를 야기한다. 본 논문에서는 원치 않는 방향 토크를 제거하기 위해 CMG 가위쌍을 이용한 외바퀴 이동 로봇 제어 시스템을 제시한다. 외바퀴 로봇 동역학식에 있어서의 모델 오차에 강인한 특성을 갖는 LQR 제어 알고리즘을 설계하였다. 3D 비선형 동역학 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 CMG 가위쌍과 LQR 제어 알고리즘을 갖는 외바퀴 로봇 제어 시스템을 검증하였다.