International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제4권3호
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pp.20-27
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2003
Compensation of probe radius is required for accurate measurement in metal working industry. Compensation involves correctly measuring data on the surface in the amount of radius of the touch probe with a Coordinate Measuring Machine (CMM). Mechanical parts with free-formed curves and surfaces are complex enough so that accurate measurement and compensation are indispensable. This paper presents necessary algorithms involved in the compensation of the probe radius for free-formed curves and surfaces. Application of pillar curve is the focus for the compensation.
The present study concentrates on the weak-scatterer hypothesis for the nonlinear wave-body interaction problems. In this method, the free surface boundary conditions are linearized on the incoming wave profile and the exact body motion is applied. The considered problems are the diffraction problem near a circular cylinder and the ship response in oblique waves. The numerical method of solution is a Rankine panel method. The Rankine panel method of this study adopts the higher-order B spline basis function for the approximation of physical variables. A modified Euler scheme is applied for the time stepping, which has neutral stability. The computational result shows some nonlinear behaviors of disturbance waves and wave forces. Moreover, the ship response shows very close results to experimental data.
In the present study, we suggest a new method for designing complex ship hull forms with multiple domain B-spline surfaces accounting for their topological arrangement, where all subdomains are fully defined in terms of form parameters, e.g., positional, differential and integral descriptors. For the construction of complex hull forms, free-form elementary models such as forebody, afterbody and bulbs are united by Boolean operation and blending surfaces in compliance with the sectional area curve (SAC) of the whole ship. This new design process in this paper is called Sectional Area Curve-Balanced Parametric Design (SAC-BPD).
Isogeometric concept is introduced to find out the optimum layout of plane structure under free vibration. Eigenvalue problem is formulated and numerically solved in order to obtain natural frequencies and mode shapes of plane structures. For the exact geometric expression of the structure, the Non-Uniform Rational B-spline Surface (NURBS) basis functions is employed and it is also used to define the material density functions. A node-wise design variables is adopted to deal with the updating of material density in topology optimization (TO). The definition of modal strain energy is employed to achieve the maximization of fundamental frequency through its minimization. The verification of the proposed TO technique is performed by a series of benchmark test for plane structures.
Isogeometric concept is introduced to carry out free vibration analysis of plane structures. The geometry of structures is represented by using non-uniform rational B-spline surface (NURBS) and its basis function is consistently used in the formulation of plane stress element. In addition, multi-patch strategy is introduced to deal with the openings in building. The performance of the present isogeometric plane stress element is investigated by using five numerical examples. From numerical results, it is found to be that the isogeometric concept can successfully identify reliable natural frequencies and associated mode shapes of plane structures with/without openings in efficient way.
본 논문에서는 사용자가 NURBS 곡면을 다양한 형태로 변형을 손쉽게 할 수 있는 수정된 유한요소법을 이용한 곡면 변형의 방법을 제시한다. 수정된 유한요소법은 NURBS 기저함수를 전통적 유한요소법의 형상함수를 대신하여 유한요소해석을 한다. 모델링된 객체는 NURBS 곡면으로 이루어져 있고, 각각의 세그먼트별로 나누어진 기저함수와 제어점으로 구성되어있기 때문에 번거롭게 요소와 형상함수를 따로 구하지 않아도 되며, 자체 보간 방식이므로 기존의 유한요소법에 비해 적은 요소와 절점으로 곡면을 해석 할 수 있다. NURBS 곡면 변형은 각각의 제어점에 의해 구역이 나눠지고 각 구역은 변형될 지점과 가장 가까운 제어점으로 구성된 구역의 제어점들을 변형시킬 지점과 각 제어점의 거리 비례에 따라서 제어점 들의 속도가 지정되어 변형을 완성한다. 제시된 변형 방법은 다른 변형들과 같이 초기 입력에 의해 변형이 한 순간에 진행되는 것이 아니라 점진적 변형이 일어나며, NURBS 의 특징인 전체 제어점 변형으로 인해 의도하지 않은 변형이 일어나는 것을 변형 중간에 각각의 제어점의 속도를 제어함으로써 사용자의 의도한 변형으로 빠른 시간에 완성할 수 있게 된다.
본 논문에서는 삼각 메쉬에 관한 보다 안정되고 직관적인 새로운 다중해상도 메쉬 편집 기술을 제안한다. 본 논문의 기본 아이디어는 3차원 메쉬 상에서 편집 영역을 선택하여 2차원 영역으로 임베딩을 하는 과정과 사용자에 의해서 정의되는 편집 정보를 보간하는 곡면을 생성하는 과정으로 이루어지며, 이를 통해 편집 영역 안에 있는 다른 꼭지점의 변위 정보를 곡면 함수값으로부터 생성한다. 본 논문에서 사용되는 임베딩 방법은 확장 볼록 조합 매개변수화 방법으로서 임베딩된 2차원 메쉬의 삼각형들은 자기 교차를 하지 않으며 또한 볼록 조합 계수를 정의할 때 모양 유지 방법을 사용하기 때문에 3차원 삼각형의 모양을 제대로 유지할 수 있다. 또한 편집 결과의 영역을 조절할 수 있도록 하기 위하여 다단계 B-스플라인 곡면을 이용하여, 상호작용적이며 직관적이어서 보다 안정되고 효율적인 메쉬 편집 결과를 얻을 수 있다.
In this paper, the mechanism of unsteady potential interaction and wake interaction in one stage axial turbine is numerically investigated at design point in two-dimensional viewpoint. The numerical technique used is the upwind scheme of Van-Leer's Flux Vector Splitting (FVS) and Cubic spline interpolation is applied on zonal interface between stator and rotor. The inviscid analysis is used to embody the influence of potential interaction only and viscous analysis is used to embody the influences of both potential interaction and wake interaction at the same time. The potential-flow disturbance from the stator into a rotor passage and the periodic blockage effect of rotor produce the unsteady pressure on the blade surface in inviscid analysis. After the wake is cut by rotor, two counterrotating votical patterns flanking the wake centerline in the passage are generated. So, these phenomena magnify the unsteady pressure in viscous analysis than that in inviscid analysis. The resulting unsteady forces on the rotor, generated by the combined interaction of the two effects by potential and wake interaction, are discussed.
3차원 이미지 스캐닝 기술은 복잡한 비정형 건축물의 외피의 정확한 형상과 위치 데이터를 확보하는데 효과적이다. 3차원 이미지 스캐닝 기술의 세부 과정인 점 군집화, 메쉬표면 분리, 넙스 표면 생성, 파라메트릭 솔리드 모델을 통하여 비정형 건축물의 형상을 구축할 수 있다. 이에 본 연구는 비정형 건축물의 외장재 제작과 시공을 위한 3차원 이미지 스캐닝에 의한 역설계 프로세스와 사례 분석을 통하여 시사점을 도출한다. 본 연구의 결과는 역설계 기술을 사용한 3차원 형상 기술과 설계 요소화 방법을 다양한 건설 프로젝트에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
A design procedure for a ship with minimum total resistance was developed using a numerical optimization method called SQP(Sequential Quadratic Programming) and a CFD technique based on the Rankine source panel method with the nonlinear free surface boundary conditions. During the whole optimization process the geometry of the hull shape was represented based on the NURBS(Non-uniform rational B-spline) technique and the modification of the hull shape was controlled using the Bell-shaped distribution function to keep the fairness of the hull shape before and after the hull modification. The numerical analysis was carried out using 4000TEU container ship in the towing tank facility installed in the Pusan national university to know the validity of the developed algorithm for this study. As the results of the numerical analysis it proved that the resistance of the optimized hull is conspicuously reduced in comparison with the original hull in a wave-making resistance point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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