The control objectives in this paper are to move the gantry of a container crane to its target position and to suppress the transverse vibration of the payload. The crane system is modeled as an axially moving nonlinear string equation, in which control inputs are applied at both ends, through the gantry and the payload. The dynamics of the moving string are derived using Hamilton's principle. The Lyapunov function method is used in deriving a boundary control law, in which the Lyapunov function candidate is introduced from the total mechanical energy of the system. The performance of the proposed control law is compared with other two control algorithms available in the literature. Experimental results are given.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.04a
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pp.98-105
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1998
In this study, the boundary element analysis in dynamics for the multilayered semi-infinite plane is developed using the fundamental solution for moving loads. Also the indirect method and superposition method are introduced to consider the multilayered systems and moving loads. At each layer the fundamental solution can be obtained by solving the governing equation which is transformed by the Fourier transform. The governing equation can be solved by three conditions; continuity conditions of displacement and stress, the traction free condition at the surface and the radiation condition at the surface and the radiation condition at the infinite distance. To verify the solution and the developed algorithm, the theoretical solution for the homogeneous layer and commercial FEM program is compared with the results of this study.
The gridless (or meshfree) methods, such as MPS, SPH, FPM an so forth, are feasible and robust for the problems with moving boundary and/or complicated boundary shapes, because these methods do not need to generate a grid system. In this study, a gridless solver, which is based on the combination of moving least square interpolations on a cloud of points with point collocation for evaluating the derivatives of governing equations, is presented for two-dimensional unsteady incompressible Navier-Stokes problem in the low Reynolds number. A MAC-type algorithm was adopted and the Poission equation for the pressure was solved by successively in the moving least square sense. Some weighing functions were tested in order to investigate the up-winding effect for the convection term. Some typical problems were solved by the presented solver for the validation and the results obtained were compared with analytic solutions and the numerical results by conventional CFD methods, such as FVM.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.164-168
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2004
The vibration analysis of an axially moving membrane are investigated when the membrane has the two sets of in-plane boundary conditions, which are free and fixed constraints in the lateral direction. Since the in-plane stiffness is much higher than the out-of-plane stiffness, it is assumed during deriving the equations of motion that the in-plane motion is in a steady state. Under this assumption. the equation of out-of\ulcornerplane motion is derived, which is a linear partial differential equation influenced by the in-plane stress distributions. After discretizing the equation by using the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are computed. In particular, we put a focus on analyzing the effects of the in-plane boundary conditions on the natural frequencies and mode shapes of the moving membrane.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.9
s.90
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pp.910-918
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2004
The vibration analysis of an axially moving membrane are investigated when the membrane has the two sets of in-plane boundary conditions, which are free and fixed constraints in the lateral direction. Since the in-plane stiffness is much higher than the out-of-plane stiffness, it is assumed during deriving the equations of motion that the in-plane motion is in a steady state. Under this assumption, the equation of out-of-plane motion is derived, which is a linear partial differential equation influenced by the in-plane stress distributions. After discretizing the equation by using the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are computed. In particular, we put a focus on analyzing the effects of the in-plane boundary conditions on the natural frequencies and mode shapes of the moving membrane.
In this study, linear vibrations of an axially moving beam under non-ideal support conditions have been investigated. The main difference of this study from the other studies; the non-ideal clamped support allow minimal rotations and non-ideal simple support carry moment in minimal orders. Axially moving Euler-Bernoulli beam has simple and clamped support conditions that are discussed as combination of ideal and non-ideal boundary with weighting factor (k). Equations of the motion and boundary conditions have been obtained using Hamilton's Principle. Method of Multiple Scales, a perturbation technique, has been employed for solving the linear equations of motion. Linear equations of motion are solved and effects of different parameters on natural frequencies are investigated.
Transient aerodynamic response of an airfoil to a moving plane-flap is numerically investigated using the two-dimensional Euler equations with conservative Chimera grid method. A body moving relative to a stationary grid is treated by an overset grid bounded by a 'Dynamic Domain Dividing Line' which has an advantage for constructing a well-defined hole-cutting boundary. A conservative Chimera grid method with the dynamic domain-dividing line technique is applied and validated by solving the flowfield around a circular cylinder moving supersonic speed. The unsteady and transient characteristics of the flow solver are also examined by computations of an oscillating airfoil and a ramp pitching airfoil respectively. The transient aerodynamic behavior of an airfoil with a moving plane-flap is analyzed for various flow conditions such as deflecting rate of flap and free stream Mach number.
A topology optimization methodology, named "smooth boundary topology optimization," is proposed to overcome the shortcomings of cell-based methods. Material boundary is represented by B-spline curves and their control points are considered as design variables. The design is improved by either creating a hole or moving control points. To determine which is more beneficial, a selection criterion is defined. Once determined to create a hole, it is represented by a new B-spline and recognized as a new boundary. Because the proposed method deals with the control points of B-spline as design variables, their total number is much smaller than cell-based methods and it ensures smooth boundaries. Differences between our method and level set method are also discussed. It is shown that our method is a natural way of obtaining smooth boundary topology design effectively combining computer graphics technique and design sensitivity analysis.
The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.215-220
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2004
Molecular Dynamics(MD) method was used to investigate the change of friction force due to interaction between dislocations and a grain boundary when a Ni tip was scratched on a Cu bicrystal. The substrate comprised a Cu bicrystal containing a vertical$\Sigma=5(210)$ grain boundary. The moving tip for scratching simulation was consisted of fixed Ni atoms emulating a rigid tip. The indentation depth was $3.6\AA$ and the scratching was performed along <110>direction in the first grain. As the scratching was continued, nucleation and propagation of dislocations were observed. In the early stage, the grain boundary played as a barrier to moving dislocations and interrupting further dislocation movement with no dislocation resulting in no propagation across the grain boundary. As the Ni tip approached the grain boundary, dislocations were nucleated at the grain boundary and propagated to the second grain. However, stick-slip phenomena that were observed on a single crystal scratching were not observed in the bicrystal. And, instead, irregular oscillation of friction force was observed during the scratching due to the presence of a grain boundary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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