Park, Jeong-Hoon;Shin, Myung-Sub;Jeon, Yun-Ho;Kim, Yeon-Gyu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.99-112
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2021
The prediction of maneuverability is very important in the design process of an underwater vehicle. In this study, we predicted the steady turning ability of a symmetrical underwater vehicle while considering interactions between the yaw rate and drift/rudder angle through a simulation-based methodology. First, the hydrodynamic force and moment, including coupled derivatives, were obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations. The feasibility of CFD results were verified by comparing static drift/rudder simulations to vertical planar motion mechanism (VPMM) tests. Turning motion simulations were then performed by solving 2-degree-of-freedom (DOF) equations with CFD data. The turning radius, drift angle, advance, and tactical diameter were calculated. The results show good agreement with sea trial data and the effects on the turning characteristics of coupled interaction terms, especially between the yaw rate and drift angle.
The small turbocharger for the automotive application is designed to operate up to 200,000 rpm to increase system efficiency. Because of high rotation speed of turbocharger, floating ring bearing are widely adopted due to its low friction loss and high rotordynamic stability. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a semi-floating ring bearing. The rotordynamic model for the turbocharger rotor was constructed based on the finite element method and fluid film forces were calculated based on the infinitely short bearing assumption. In linear analysis, we considered fluid film force as stiffness and damping element and in nonlinear analysis, the fluid film force was calculated by solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed theoretical model by comparing to modal test results of test rotors. The analysis results show that there are two unstable modes, which are conical and cylindrical modes. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis, frequency jump phenomenon demonstrated when vibration mode is changed from conical mode to cylindrical one. This jump phenomenon was also demonstrated in the test. However, the natural frequency measured in the test differs from those obtained using nonlinear analysis.
Akbarov, Surkay D.;Ismailov, Meftun I.;Aliyev, Soltan A.
Coupled systems mechanics
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v.6
no.4
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pp.439-464
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2017
The hydro-elastic system consisting of a pre-stretched highly elastic plate, compressible Newtonian viscous fluid, and the rigid wall is considered and it is assumed that on the plate a lineal-located time-harmonic force acts. It is required to investigate the dynamic behavior of this system and determine how the problem parameters and especially the pre-straining of the plate acts on this behavior. The elasticity relations of the plate are described through the harmonic potential and linearized (with respect to perturbations caused by external time-harmonic force) form of these relations is used in the present investigation. The plane-strain state in the plate is considered and the motion of that is described within the scope of the three-dimensional linearized equations of elastic waves in elastic bodies with initial stresses. The motion of the fluid is described by the linearized Navier-Stokes equations and it is considered the plane-parallel flow of this fluid. The Fourier transform with respect to the space coordinate is applied for a solution to the corresponding boundary-value problem. Numerical results on the frequency response of the interface normal stress and normal velocity and the influence of the initial stretching of the plate on this response are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching of the plate can decrease significantly the absolute values of the aforementioned quantities.
Probiotics show low cell viability after oral administration because they have difficulty surviving in the stomach due to low pH and enzymes. For the oral delivery of probiotics, developing a formula that protects the probiotic bacteria from gastric acidity while providing living cells is mandatory. In this study, we developed tablets using a new pH-sensitive phthalyl inulin (PI) to protect probiotics from gastric conditions and investigated the effects of different compression forces on cell survival. We made three different tablets under different compression forces and measured survivability, disintegration time, and kinetics in simulated gastric-intestinal fluid. During tableting, there were no significant differences in probiotic viability among the different compression forces although disintegration time was affected by the compression force. A higher compression force resulted in higher viability in simulated gastric fluid. The swelling degree of the PI tablets in simulated intestinal fluid was higher than that of the tablets in simulated gastric fluid due to the pH sensitivity of the PI. The probiotic viability formulated in the tablets was also higher in acidic gastric conditions than that for probiotics in solution. Rapid release of the probiotics from the tablet occurred in the simulated intestinal fluid due to the pH sensitivity. After 6 months of refrigeration, the viability of the PI probiotics was kept. Overall, this is the first study to show the pH-sensitive properties of PI and one that may be useful for oral delivery of the probiotics.
Valdes-Vazquez, Jesus G.;Garcia-Soto, Adrian D.;Hernandez-Martinez, Alejandro;Nava, Jose L.
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.533-548
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2020
Despite the current technologic developments, failures in existent tensile fabric structures (TFS) subjected to wind do happen. However, design pressure coefficients are only obtained for large projects. Moreover, studies on TFSs with realistic supporting frames, comparing static and dynamic analyses and discussing the design implications, are lacking. In this study, fluid-Structure analyses of a TFS supported by masts and inclined cables, by subjecting it to different wind speeds, are carried out, to gain more understanding in the above-referred aspects. Wind-induced stresses in the fabric and axial forces in masts and cables are assessed for a hypar by using computational fluid dynamics. Comparisons are carried out versus an equivalent static analysis and also versus loadings deemed representative for design. The procedure includes the so-called form-finding, a finite element formulation for the TFS and the fluid formulation. The selected structure is deemed realistic, since the supporting frame is included and the shape and geometry of the TFS are not uncommon. It is found that by carrying out an equivalent static analysis with the determined pressure coefficients, differences of up to 24% for stresses in the fabric, 5.4% for the compressive force in the masts and 21% for the tensile force in the cables are found with respect to results of the dynamic analysis. If wind loads commonly considered for design are used, significant differences are also found, specially for the reactions at the supporting frame. The results in this study can be used as an aid by designers and researchers.
The voice coil linear force motor is a kind of a direct drive motion device that uses a permanent magnetic field and coil winding to produce force. In order to design a voice coil linear force motor, an exact calculations of the required force, the flux density in air gap and the flux pathway are needed. A conventional method can be used usually to calculate the flux density in air gap, but with this method it is needed to find a magnetic circuit revision constant. In this paper a voice coil linear force motor is designed by conventional design method and analyzed by 3D simulation program "Flux". For the prototype linear force motor, the results of the calculated by conventional design method and the analyzed by 3D simulation program are compared with the test result. Finally it is showed that the magnetic circuit revision constant which is found by comparing of the analyzed and the measured data can be used for the design of the voice coil type linear force motor to minimize the trial and error.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.269-281
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2014
This paper examines the suitability of using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, ANSYS-CFX, as an initial analysis tool for predicting the drag and propulsion performance (thrust and torque) of a concept underwater vehicle design. In order to select an appropriate thruster that will achieve the required speed of the Underwater Disk Robot (UDR), the ANSYS-CFX tools were used to predict the drag force of the UDR. Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) test simulations (i.e. pure heaving and pure pitching motion) by CFD motion analysis were carried out with the CFD software. The CFD results reveal the distribution of hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of the UDR for these motion studies. Finally, CFD bollard pull test simulations were performed and compared with the experimental bollard pull test results conducted in a model basin. The experimental results confirm the suitability of using the ANSYS-CFX tools for predicting the behavior of concept vehicles early on in their design process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.4
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pp.359-370
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2015
The present study aims to numerically investigate the behavior of liquid droplet driven by capillarity force imbalance on horizontal surfaces ranging from hydrophilic to hydrophobic, under various conditions. The droplet behavior has been simulated using an in-house solution code(PowerCFD), which employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with interface capturing method(CICSAM) in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The detailed droplet behavior was obtained under various conditions for droplets with different initial shapes, contact angles and surface tension forces(or Bond number). The mechanism of droplet transport was examined using the numerical results on the droplet shapes.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.6
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pp.164-174
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1996
This paper presents control and response characteristics of a continuously variable ER(electrorheological) damper for small-sized vehicles. The ER damper is devised and its governing equation of motion is derived from the bond graph model. The field-dependent yield shear stresses are distilled from experimental investigation on the Bingham property of the ER fluid. The distilled data are incorporated into the governing system model and, on the basis of this model, an appropriate size of the ER damper is manufactured. After evaluating the field-dependent damping performance of the proposed ER damper, the skyhook control algorithm is formulated to achieve desired level of the damping force. The controller is then experimentally implemented and control characteristics of the ER damper are presented in order to demonstrate superior controllability of the damping force. In addition, response characteristics of the damping force with respect to the electric field with fast on-off frequency are provided to show the feasibility of practical application.
Due to the urbanization, lots of people are living in cities. It is very convenient to live in the cities for the people but at the same time, the highly populated city has several environmental problems. During delivery process of large amount of municipal waste generated from the cities, the automobile emission and traffic jam have been occurred. The waste collection in the cities has been mainly done by using labour force and delivery truck. This is the conventional waste collection up to now. Recently, new technologies like automated waste collection system and capsule transportation have been introduced. Conventional waste collection mainly relied on the labour force and truck delivery does not need to invest a lot of money for the start-up. However, it requires to pay the operational cost both for the labour force and the truck delivery. On the contrary to this conventional waste collection, the automated waste collection and capsule transportation require high initial investment cost. However, the automated waste collection and capsule transportation can reduce significantly the pollutants emission, traffic jam by the waste trucks and actual waste collection cost per ton. In dealing with the waste collection in the cities, new waste collection technologies could be properly combined with the conventional waste collection for the effective municipal waste treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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