Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.297.2-297.2
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2016
Photoacoustic generation of ultrasound is an effective approach for development of high-frequency and high-amplitude ultrasound transmitters. This requires an efficient energy converter from optical input to acoustic output. For such photoacoustic conversion, various light-absorbing materials have been used such as metallic coating, dye-doped polymer composite, and nanostructure composite. These transmitters absorb laser pulses with 5-10 ns widths for generation of tens-of-MHz frequency ultrasound. The short optical pulse leads to rapid heating of the irradiated region and therefore fast thermal expansion before significant heat diffusion occurs to the surrounding. In this purpose, nanocomposite thin films containing gold nanoparticles, carbon nanotubes (CNTs), or carbon nanofibers have been recently proposed for high optical absorption, efficient thermoacosutic transfer, and mechanical robustness. These properties are necessary to produce a high-amplitude ultrasonic output under a low-energy optical input. Here, we investigate carbon nanotube (CNT)-polydimethylsiloxane (PDMS) composite transmitters and their nanostructure-originated characteristics enabling extraordinary energy conversion. We explain a thermoelastic energy conversion mechanism within the nanocomposite and examine nanostructures by using a scanning electron microscopy. Then, we measure laser-induced damage threshold of the transmitters against pulsed laser ablation. Particularly, laser-induced damage threshold has been largely overlooked so far in the development of photoacoustic transmitters. Higher damage threshold means that transmitters can withstand optical irradiation with higher laser energy and produce higher pressure output proportional to such optical input. We discuss an optimal design of CNT-PDMS composite transmitter for high-amplitude pressure generation (e.g. focused ultrasound transmitter) useful for therapeutic applications. It is fabricated using a focal structure (spherically concave substrate) that is coated with a CNT-PDMS composite layer. We also introduce some application examples of the high-amplitude focused transmitter based on the CNT-PDMS composite film.
This paper presents the stress and deformation behaviors using the finite element method as a function of the thickness of the helmets without the bead frames on the top of the shell structure. The helmet that would provide head and neck protections without causing discomfort to the user when it was worn for long periods of time should be manufactured for increasing the safety and impact energy absorption. The FEM computed results show that when the impulsive force is applied on the top surface of a helmet, the maximum stress and strain have been occurred around the position of an applied impact force, which may lead to the initial failure on the top surface of the helmet shell. As the helmet thickness is decreased from 4mm to 2mm, the impact energy absorbing rate is radically increased, and the maximum stress of the helmet is increased over the tensile strength, 54.3MPa of the thermoplastic material. Thus, the top surface of the helmet should be supported by a bead frame and increased thickness of the shell structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.2
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pp.137-142
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2017
Recently, the reduction of vehicle weight has been increasingly studied, in order to enhance the fuel efficiency of passenger cars. In particular, the seat frame is being studied actively, owing to considerations of driver safety from external impact damage. Therefore, this study focuses on high strength steel sheet (SPFC980)/polymer heterojunction hybrid materials, and their performance in regards to impact energy absorption. The ratio of impact energy absorption was observed to be relatively higher in the SPFC980/polymer hybrid materials under the impact load. This was found by calculating the equivalent flexural rigidity, which is the bending effect, according to the Castigliano theorem. An efficient wire-web structure was investigated through the simulation of different wire-web designs such as triangular, rectangular, octagonal, and hexagonal structures. The hexagonal wire-web structure was shown to have the least impact damage, according to the simulations. This study can be utilized for seat frame design for passengers' safety, owing to efficient impact absorption.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.3
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pp.67-76
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2012
In this paper, collision analysis of the full rake for the Next Generation High-speed EMU is conducted using a 3D/1D hybrid model, which combines 3-dimensional (3D) front-end structure of finite element model and 1-dimensional (1D) multi-body dynamics model in order to analyze train collision with a standard 3D deformable obstacle. The crush forces, passengers' accelerations and energy absorptions of a full rake train can be easily obtained through a simulation of a 1D dynamics model composed of nonlinear springs, dampers and masses. Also the obtained simulation results are very similar to those of a 3D model if an overriding behavior does not occur during collision. The standard obstacle in TSI regulation has been changed from a rigid body to a deformable body, and therefore 3D collision simulations should be conducted because their simulation results depends on the front-end structure of a train. According to the obstacle collision analysis of this study, the obstacle collides with the driver's upper structure after overriding over the front-end module. The 3D/1D hybrid model is effective to evaluate a main energy-absorbing module that is frequently changed during design process and reduce the need time of the modeling and analysis when compared to a 3D full car body.
Many types of passive control devices have been recognized as effective tools for improving the seismic resistance of structures. A lot of past research has been carried out to study the response of structures equipped with energy-absorbing devices by assuming that the behavior of the beam-column systems are linearly elastic. However, linear theory may not be adequate for beams and columns during severe earthquakes. This paper presents the results of research on the nonlinear responses of structures with and without added passive devices under earthquakes. A new material model based on the plasticity theory and the two-surface model for beams and columns under six components of forces is proposed to predict the nonlinear behavior of beam-column systems. And a new nonlinear beam element in consideration of shear deformation is developed to analyze the beams and columns of a structure. Numerical results reveal that linear assumption may not be appropriate for beams and columns under seismic loadings, especially for unexpectedly large earthquakes. Also, it may be necessary to adopt nonlinear beam elements in the analysis and design process to assure the safety of structures with or without the control of devices.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.1
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pp.98-105
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2001
The fundamental and widely used spot welded sections of automobiles (hat and double hat-shaped section members) absorb most of the energy in a front-end collision. The sections were tested on axial static(10mm/min) and quasi-static(1000mm/min) loads. Based on these test results, specimens with various thickness, shape and spot weld pitch on the flange have been tested with impact velocity(7.19m/sec) the same as a real life car clash. Characteristics of collapse have been reviewed and a structure of optimal energy absorbing capacity is suggested.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.4
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pp.144-152
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2013
PRT(Personal Rapid Transit) system is a new transportation system which will meet increasing demands of traffic in Korea. It is also an environment-friendly transportation and automatically operated. For these reasons, researches on the PRT system are actively undergoing, but the PRT vehicles have different forms of subway, bus, etc. There are no design standards to evaluate structural integrity, yet. In this paper, Structural design specifications are derived, which are based on the performance test standard for EMU and the ASCE-APM standards. We also perform the static and fatigue analyses by FE simulation and suggest strategies to improve an initial structure design. In addition, we derived the design specifications for energy-absorbing structures to meet the conditions of the collision scenarios predefined from a view point of operation safety.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.4
no.2
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pp.23-29
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2003
The spot welded sections of automobiles (hat and double hat shaped sections) absorb most of the energy in a front-end collision. The target of this paper is to analyze the energy absorbing capacity of the structure against the front-end collision, and to obtain useful information for designing stage. Changed the spot welded pitches on the flanges, the hat and double hat shaped section members were tested on the axial collapse loads at various impact velocities. It was expected that para-closed sections would show collapse characteristics which be quite different from those of perfectly closed sections. Hat shaped section members were tested at the impact collapse velocities of 4.72m/sec, 6.54m/sec and 7.1m/sec and double hat shaped section members were tested at the impact collapse velocities of 6.54m/sec, 7.1 m/sec and 7.27m/sec.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.5
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pp.210-218
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2003
MDO (multidisciplinary design optimization) technology has been proposed and applied to solve large and complex optimization problems where multiple disciplinaries are involved. In this research. an MDO problem is defined for automobile design which has crashworthiness analyses. Crash model which are consisted of airbag, belt integrated seat (BIS), energy absorbing steering system .and safety belt is selected as a practical example for MDO application to vehicle system. Through disciplinary analysis, vehicle system is decomposed into structure subspace and occupant subspace, and coupling variables are identified. Before subspace optimization, values of coupling variables at given design point must be determined with system analysis. The system analysis in MDO is very important in that the coupling between disciplines can be temporary disconnected through the system analysis. As a result of system analysis, subspace optimizations are independently conducted. However, in vehicle crash, system analysis methods such as Newton method and fixed-point iteration can not be applied to one. Therefore, new system analysis algorithm is developed to apply to crashworthiness. It is conducted for system analysis to determine values of coupling variables. MDO algorithm which is applied to vehicle crash is MDOIS (Multidisciplinary Design Optimization Based on Independent Subspaces). Then, structure and occupant subspaces are independently optimized by using MDOIS.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1993.04a
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pp.147-147
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1993
All types of dynamic excitation, periodical, pulse or transient in vertical, horizontal or all three directions can be effectively reduced by vibration isolation systems. Typical elements for vibration isolation control are spring units consisting of a group of helical compression springs. In all cases of shock, transient or random excitation energy absorbing dampers have to be added to the spring units in order to reduce system response in the frequency range near the natural frequency of the isolation system. The same isolation system of spring units and viscos-dampers has been used since 1979 for passive protection of buildings and structures has been proved to by very advantageous for vibration and structure borne noise control. Not only because of high vertical flexibility of the spring units, compared for example with typical rubber or neoprene mounts out also because of the horizontal of flexibility, which can be adapted by modifying the spring dimensions to nearly every requirement. It is just normal to use the same basic elements for passive isolation as for active isolation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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