In the present study, an explicit algebraic stress model is shown to be the exact tensor representation of algebraic stress model by directly solving a set of algebraic equations without resort to tensor representation theory. This repeals the constraints on the Reynolds stress, which are based on the principle of material frame indifference and positive semi-definiteness. An a priori test of the explicit algebraic stress model is carried out by using the DNS database for a fully developed channel flow at Rer = 135. It is confirmed that two-point correlation function between the velocity fluctuation and the Laplacians of the pressure-gradient i s anisotropic and asymmetric in the wall-normal direction. Thus, a novel composite algebraic Reynolds stress model is proposed and applied to the channel flow calculation, which incorporates non-local effect in the algebraic framework to predict near-wall behavior correctly.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.4
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pp.188-193
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2005
The purpose of this paper is to develop a more precise damper model of the joint for the quantification of the joint mechanical properties. We modified the linear damper model of a knee joint model to nonlinear one. The normalized RMS errors between the simulated and measured joint angle trajectories during passive pendulum test became smaller with the nonlinear damper model than those of the linear one which indicates the nonlinear damper model is better in precision and accuracy. The error between the experimental and simulated knee joint moment also reduced with the nonlinear damper model. The reduction in both the trajectory error and the moment error was significant at the latter part of the pendulum test where the joint angular velocity was small. The nonlinearity of the damper was significantly greater at thin subject group and this indicates the nonlinearity is a useful index of joint mechanical properties.
This paper presents a global mode modeling of space structures and a control scheme from the practical point of view. Since the size of the satellite has become bigger and the accuracy of attitude control more strictly required, it is necessary to consider the structural flexibility of the spacecraft. Although it is well known that the finite element (FE) model can accurately model the flexibility of the satellite, there are associated problems : FE model has the system matrix with high order and does not provide any physical insights, and is available only after all structural features have been decided. Therefore, it is almost impossible to design attitude and orbit controller using FE model unless the structural features are in place. In order to deal with this problem, the control design scheme with the global mode (GM) model is suggested. This paper describes a flexible structure modeling and three-axis controller design process and demonstrates the adequate performance of the design with respect to the maneuverability by applying it to a large flexible spacecraft model.
This paper considers a tracking filter algorithm which can track a maneuvering target. Multiresolutional Interacting Multiple Model (MRIMM) algorithm is proposed to reduce computational burden. In this paper multiresolutional state space model equation and multiresolutional measurement equation are derived by using wavelet transform. This paper shows the outline of MRIMM algorithm. Simulation results show that MRIMM algorithm maintains a good tracking performance and reduces computational burden.
The finite element human head model is developed for traumatic injury assessment. The model is constructed based on the precise anatomical geometry and validated with test results. In this paper, structural and physiologic explanation of human head will be introduced as well as the modeling methodology. Some of simulation results are also chosen to present major features of the model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.601-607
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2013
This paper presents the development and validation of a wheel loader simulation model. The objective of doing so is to evaluate the performance of the wheel loader and improve its overall performance using Matlab/Simulink. The wheel loader simulation model consists of 4 parts: mechanical/hydraulic powertrain model and vehicle/working dynamic model. An integrated simulation model is required to evaluate and improve the performance of the wheel loader. It is expected that this model will be applied to fuel economizing, improving the pace of operation by using the hybrid system, and the intelligent wheel loader. The performance of the proposed simulation model has been validated by using Matlab/Simulink to compare the driving and the working experimental data.
The development of the low power application such as wireless sensors and health monitoring systems, attract a great attention to low power vibration energy harvesters. The recent vibration energy harvesters use smart materials in their structures to convert ambient mechanical energy into electricity. The frequent model of this harvesters is cantilevered beam. In the literature, the base excitation cantilevered harvesters are mainly investigated, and the related models are presented. This paper investigates a tip excitation cantilevered beam energy harvester with permendur. In the first section, the mechanical model of the harvester and magneto-mechanical model of the permendur are presented. Later, to find the maximum output of the harvester, based on the response surface method (RSM), some experiments are done, and the results are analyzed. Finally, to verify the results of RSM, a harvester with optimum design variables is made, and its output power is compared. The last comparison verifies the estimation of the RSM method which was about $381{\mu}W/cm^3$.
Damanpack, A.R.;Bodaghi, M.;Liao, W.H.;Aghdam, M.M.;Shakeri, M.
Smart Structures and Systems
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v.16
no.4
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pp.641-665
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2015
In this paper, a simple and efficient phenomenological macroscopic one-dimensional model is proposed which is able to simulate main features of shape memory alloys (SMAs) particularly ferro-elasticity effect. The constitutive model is developed within the framework of thermodynamics of irreversible processes to simulate the one-dimensional behavior of SMAs under uniaxial simple tension-compression as well as pure torsion+/- loadings. Various functions including linear, cosine and exponential functions are introduced in a unified framework for the martensite transformation kinetics and an analytical description of constitutive equations is presented. The presented model can be used to reproduce primary aspects of SMAs including transformation/orientation of martensite phase, shape memory effect, pseudo-elasticity and in particular ferro-elasticity. Experimental results available in the open literature for uniaxial tension, torsion and bending tests are simulated to validate the present SMA model in capturing the main mechanical characteristics. Due to simplicity and accuracy, it is expected the present SMA model will be instrumental toward an accurate analysis of SMA components in various engineering structures particularly when the ferro-elasticity is obvious.
Kim, Yong-Mo;Kim, Seong-Ku;Kang, Sung-Mo;Sohn, Jeong-Lak
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.1
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pp.88-97
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2001
The present study numerically investigates the fuel-air mixing characteristics, flame structure, and pollutant emission inside a double-swirler combustor. A PSR(Perfectly Stirred Reactor) based microstructural model is employed to account for the effects of finite rate chemistry on the flame structure and NO formation. The turbulent combustion model is extended to nonadiabatic flame condition with radiation by introducing an enthalpy variable, and the radiative heat loss is calculated by a local, geometry-independent model. The effects of turbulent fluctuation are taken into account by the joint assumed PDFs. Numerical model is based on the non-orthogonal body-fitted coordinate system and the pressure/velocity coupling is handled by PISO algorithm in context with the finite volume formulation. The present PSR-based turbulent combustion model has been applied to analyze the highly intense turbulent nonpremixed flame field in the double swirler combustor. The detailed discussions were made for the flow structure, combustion effects on flow structure, flame structure, and emission characteristics in the highly intense turbulent swirling flame of the double swirler burner.
In this study, 3D Meso-scale finite-element model is presented to study the mechanical behavior of steel microfiber-reinforced polymer concrete considering the random distribution of fibers in the matrix. The composite comprises two separate parts which are the polymer composite and steel microfibers. The polymer composite is assumed to be homogeneous, which its mechanical properties are measured by performing experimental tests. The steel microfiber-polymer bonding is simulated with the Cohesive Zone Model (CZM) to offer more-realistic assumptions. The CZM parameters are obtained by calibrating the numerical model using the results of the experimental pullout tests on an individual microfiber. The accuracy of the results is validated by comparing the obtained results with the corresponding values attained from testing the steel microfiber-reinforced polymer concrete incorporating 0, 1 and 2% by volume of microfibers, which indicates the excellent accuracy of the current proposed model. The results show that the microfiber aspect ratio has a considerable effect on the mechanical properties of the reinforced polymer concrete. Applying microfibers with a higher aspect ratio improves the mechanical properties of the composite considerably especially when the first crack appears in the polymer concrete specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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