This paper describes the dynamics of the weak shock wave propagating inside some kinds of branched pipe bends. Computations are carried out by solving the two-dimensional, compressible, unsteady Euler Equations. The second-order TVD(Total Variation Diminishing) scheme is employed to discretize the governing equations. For computations, two types of branched pipe($90^{\circ}$ branch,$45^{\circ}$ branch) with a diameter of D are used. The incident normal shock wave is assumed at D upstream of the pipe bend entrance, and its Mach number is changed between 1.1 and 2.4. The flow fields are numerically visualized by using the pressure contours and computed schlieren images. The comparison with the experimental data performed for the purpose of validation of computational work. Reflection and diffraction of the propagating shock wave are clarified. The present computations predicted the experimented flow field with a good accuracy.
The conventional actuators with the speed reducer had weakness in supporting the weight of the body and leg itself. To overcome this, a new four bar link mechanism actuated by the ball screw was proposed. Using this, we developed a new type of 10 D.O.F biped robot. The dynamics model of the biped robot is investigated in this paper. In the modeling process, the robot dynamics are expressed in the joint coordinates using the Euler-Lagrange equation. Then, they are converted in to the sliding joint coordinates, and joint torques are expressed in the force along the sliding direction of the ball screw. To test modeling of the robot, a computer simulation was performed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.3
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pp.110-117
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1998
A continuum-based configuration design sensitivity analysis method is developed for kinematically driven mechanical systems. The configuration design variable for mechanical systems is defined. The 3-1-3 Euler angle is employed as the orientation design variable. Kinematic admissibility conditions of configuration design change. Direct differentiation method is used to derive the governing equations of the design sensitivity. Numerical examples are presented to demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method.
Gradient elastic flexural beams are dynamically analysed by analytic means. The governing equation of flexural beam motion is obtained by combining the Bernoulli-Euler beam theory and the simple gradient elasticity theory due to Aifantis. All possible boundary conditions (classical and non-classical or gradient type) are obtained with the aid of a variational statement. A wave propagation analysis reveals the existence of wave dispersion in gradient elastic beams. Free vibrations of gradient elastic beams are analysed and natural frequencies and modal shapes are obtained. Forced vibrations of these beams are also analysed with the aid of the Laplace transform with respect to time and their response to loads with any time variation is obtained. Numerical examples are presented for both free and forced vibrations of a simply supported and a cantilever beam, respectively, in order to assess the gradient effect on the natural frequencies, modal shapes and beam response.
In this study, free vibration analyses of symmetric laminated cantilever and simply supported damaged composite beams are investigated by using finite element method (FEM). Free vibration responses of damaged beams are examined using Euler Bernoulli beam and classical lamination theories. A computer code is developed by using MATLAB software to determine the natural frequencies of a damaged beam. The local damage zone is assumed to be on the surface lamina of the beam by broken fibers after impact. The damaged zone is modeled as a unidirectional discontinuous lamina with $0^{\circ}$ orientations in this study. Fiber volume fraction ($v_f$), fiber aspect ratio ($L_f/d_f$), damage length ($L_D$) and its location (${\lambda}/L$), fiber orientation and stacking sequence parameters effects on natural frequencies are investigated. These parameters are affected the natural frequency values significantly.
We are interested in the rate of convergence of solutions of 2D Navier-Stokes equations in a smooth bounded domain as the viscosity tends to zero under Navier friction condition. If the initial velocity is smooth enough($u{\in}W^{2,p}$, p>2), it is known that the rate of convergence is linearly propotional to the viscosity. Here, we consider the rate of convergence for nonsmooth velocity fields when the gradient of the corresponding solution of the Euler equations belongs to certain Orlicz spaces. As a corollary, if the initial vorticity is bounded and small enough, we obtain a sublinear rate of convergence.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.251-260
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2003
A three dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of deep, tapered rods and beams with circular cross section. Unlike conventional rod and beam theories, which are mathematically one-dimensional (1-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components u/sup r/, u/sub θ/ and u/sub z/, in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in , and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the rods and beams are formulated, the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the rods and beams. Novel numerical results are tabulated for nine different tapered rods and beams with linear, quadratic, and cubic variations of radial thickness in the axial direction using the 3D theory. Comparisons are also made with results for linearly tapered beams from 1-D classical Euler-Bernoulli beam theory.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.352-359
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2010
In recent years, the market has shown increasing interest in pump-turbines. The prompt availability of pumped storage plants and the benefits to the power system achieved by peak lopping, providing reserve capacity, and rapid response in frequency control are providing a growing advantage. In this context, there is a need to develop pumpturbines that can reliably withstand dynamic operation modes, fast changes of discharge rate by adjusting the variable diffuser vanes, as well as fast changes from pumping to turbine operation. In the first part of the present study, various flow patterns linked to operation of a pump-turbine system are discussed. In this context, pump and turbine modes are presented separately and different load cases are shown in each operating mode. In order to create modern, competitive pump-turbine designs, this study further explains what design challenges should be considered in defining the geometry of a pump-turbine impeller. The second part of the paper describes an innovative, staggered approach to impeller development, applied to a low head pump-turbine project. The first level of the process consists of optimization strategies based on evolutionary algorithms together with 3D in-viscid flow analysis. In the next stage, the hydraulic behavior of both pump mode and turbine mode is evaluated by solving the full 3D Navier-Stokes equations in combination with a robust turbulence model. Finally, the progress in hydraulic design is demonstrated by model test results that show a significant improvement in hydraulic performance compared to an existing reference design.
When a shock wave arrives at a duct, an impulsive wave is discharged from the duct exit and causes serious noise and vibration problems. In the current study, the characteristics of the impulsive wave discharged from a partial closed duct exit is numerically investigated using a CFD method. The Yee-Roe- Davis's total variation diminishing(TVD) scheme is used to solve the axisymmetric, unsteady, compressible Euler equations. With several partial closed duct exits, the Mach number of the incident shock wave $M_s$ and the distance L/D between the duct exit and a flat plate are varied in the range of $M_s$ = 1.01 ${\sim}$ 1.50 and L/D = 1.0 ${\sim}$ 4.0, respectively. The results obtained show that the magnitude of the impulsive wave impinging upon the flat plate strongly depends upon $M_s$, L/D and the partial closure of duct exit. The impulsive wave on the flat plate can be considerably alleviated by the partial closure of duct exit and, thus, the present method can be a passive control for the impulsive wave.
Two-directional functionally graded materials (2D-FGMs) show extraordinary physical properties which makes them ideal candidates for designing smart micro-switches. Pull-in instability is one of the most critical challenges in the design of electrostatically-actuated microswitches. The present research aims to bridge the gap in the static pull-in instability analysis of microswitches composed of 2D-FGM. Euler-Bernoulli beam theory with geometrical nonlinearity effect (i.e. von-Karman nonlinearity) in conjunction with the modified couple stress theory (MCST) are employed for mathematical formulation. The micro-switch is subjected to electrostatic actuation with fringing field effect and Casimir force. Hamilton's principle is utilized to derive the governing equations of the system and corresponding boundary conditions. Due to the extreme nonlinear coupling of the governing equations and boundary conditions as well as the existence of terms with variable coefficients, it was difficult to solve the obtained equations analytically. Therefore, differential quadrature method (DQM) is hired to discretize the obtained nonlinear coupled equations and non-classical boundary conditions. The result is a system of nonlinear coupled algebraic equations, which are solved via Newton-Raphson method. A parametric study is then implemented for clamped-clamped and cantilever switches to explore the static pull-in response of the system. The influences of the FG indexes in two directions, length scale parameter, and initial gap are discussed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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