Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.5
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pp.388-399
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2016
A motion analysis of an underwater towed cable is a complex task due to its nonlinear nature of the problem. The major source of the nonlinearity of the underwater cable analysis is that the motion of the cable involves large rigid-body motion. This large rigid-body motion makes difficult to use standard displacement-based finite element method. In this paper, the authors apply recently developed nodal position-based finite element method which can deal with the geometric nonlinearity due to the large rigid-body motion. In order to enhance the stability of the large-scale nonlinear cable motion simulation, an efficient time-integration scheme is proposed, namely predictor/multi-corrector Newmark scheme. Three different predictors are introduced, and the best predictor in terms of stability and robustness for impulsive cable motion analysis is proposed. As a result, the nonlinear motion of underwater cable is predicted in a very efficient manner compared to the classical finite element of finite difference methods. The efficacy of the method is demonstrated with several test cases, involving static and dynamic motion of a single cable element, and also under water towed cable composed of multiple cable elements.
In this paper, kinematic design and multi-body dynamics analysis were conducted to develop a small manipulator platform for automating the maintenance of structures made of composite materials. To design manipulator kinematically, the existing composite repair process was considered. The 3D design was conducted after selecting the basic specifications of manipulator and end-effecter in consideration of the patch lamination process for repair. Then, variables necessary for simulation and control were generated in MATLAB through inverse kinematic analysis. To evaluate the structural stability of platform, multibody dynamics analysis was conducted using Altair Inspire and Optistruct. Based on the simulation conducted in Inspire, multibody dynamics analysis was conducted in Optistruct, and structural stability was verified through the results of maximum displacement and Von-Mises stress over time. To verify the design, manufacturing and controlling of platform were conducted and compared with the simulation. It was confirmed that the actual repair process path and the simulation showed a good agreement.
This paper explores a series of numerical simulations of dynamic responses of multi-piles (dolphin) type substructures for 2.5MW class offshore wind turbine. Firstly computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed to evaluate wave loads on the dolphin type substructures with the design wave condition for the west-south region of Korea. Numerical wave tank (NWT) based on CFD was adopted to generate numerically a progressive regular wave using a virtual piston type wave maker. It was found that the water-piercing area of piles of the substructure is a key parameter determining the wave load exerted in horizontal direction. In the next the dynamic structural responses of substructure members under the wave load were calculated using finite element analysis (FEA). In the FEA approach, the dynamic structural responses were able to be calculated including a deformable body effect of substructure members when wave load on each member was determined by Morison's formula. The paper numerically identifies dynamic response characteristics of dolphin type substructures for 2.5MW class offshore wind turbine.
To investigate the effects of "sudden change" of wind fluctuations on vehicle running performance, which is caused by the artificial discrete simulation of wind field, a three-dimensional vehicle model is set up with multi-body dynamics theory and the vehicle dynamic responses in crosswind conditions are obtained in time domain. Based on Hilbert Huang Transform, the effects of simulation separations on time-frequency characteristics of wind field are discussed. In addition, the probability density distribution of "sudden change" of wind fluctuations is displayed, addressing the effects of simulation separation, mean wind speed and vehicle speed on the "sudden change" of wind fluctuations. The "sudden change" of vehicle dynamic responses, which is due to the discontinuity of wind fluctuations on moving vehicle, is also analyzed. With Principal Component Analysis, the comprehensive evaluation of vehicle running performance in crosswind conditions at different simulation separations of wind field is investigated. The results demonstrate that the artificial discrete simulation of wind field often causes "sudden change" in the wind fluctuations and the corresponding vehicle dynamic responses are noticeably affected. It provides a theoretical foundation for the choice of a suitable simulation separation of wind field in engineering application.
Recently, the authors have developed a method for real-time dynamics of multibody systems, which combines a semi-recursive formulation to derive the equations of motion in dependent relative coordinates, along with an augmented Lagrangian technique to impose the loop closure conditions. The following numerical integration procedures, which can be grouped into the so-called structural integrators, were tested : trapezoidal rule, Newmark dissipative schemes, HHT rule, and the Generalized-${\alpha}$ family. It was shown that, for large multi body systems, Newmark dissipative was the best election since, provided that the adequate parameters were chosen, excellent behavior was achieved in terms of efficiency and robustness with acceptable levels of accuracy. In the present paper, the performance of the described method in combination with another group of integrators, the Implicit Runge-Kutta family (IRK), is analyzed. The purpose is to clarify which kind of IRK algorithms can be more suitable for real-time applications, and to see whether they can be competitive with the already tested structural family of integrators. The final objective of the work is to provide some practical criteria for those interested in achieving real-time performance for large and complex multibody systems.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.5
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pp.137-146
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2001
A robust controller with the sliding mode is proposed for stable dynamic walking of the biped robot in this paper. For the robot system to be controlled, which is modeled as 14 DOF rigid bodies by the method of multi-body dynamics, the joint angle trajectories are determined by the velocity transformation matrix. Also Hertz force model and Hysteresis damping element are utilized for the ground reaction and impact forces during the contact with the ground. The biped robot system becomes unstable since those forces contain highly confused noise components and some discontinuity, and modeling uncertainties such as parameter inaccuracies. The sliding mode control is applied to solve above problems. Under the assumption of the bounded estimation errors on the unknown parameters, the proposed controller provides a successful way to achieve the stability and good performance in spite of the presence of modeling imprecisions of uncertainties.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.40-50
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2005
In this paper, preliminary results for performance prediction of a dual-rotor wind turbine generator system are presented. Blade element and momentum theories are used to model the aerodynamic forces and moments acting on the rotor blades, and multi-body dynamics approach is used to integrate the major components to represent the overall system. Not only the steady-state performance but the transient response characteristics are analyzed. Pitch control strategy to control the rotor speed and the generator output is proposed and its performance is verified through the nonlinear simulation.
The brain is one of the most complex systems in nature. Brain waves, or the "EEG", are electrical signals that can be recorded from the brain, either directly or through the scalp. The kind of brain wave recorded depends on the behavior of the animal, and is the visible evidence of the kind of neuronal (brain cell) processing necessary for that behavior. But, EEG had been considered as a virtually infinite-dimensional random signal. However, nonlinear dynamics light on dynamical aspects of the human EEG. The methods of nonlinear dynamics provide excellent tolls for the study of multi-variable, complex system such as EEG. In this study, 20 persons seperated in 2 groups were examined with EEG, one group stimulated on specific area of the sole of the foot with footbed inside the shoes. This experiment resulted in at the group stimulated on specific area of the sole of the foot correlation dimension of P4 and O1 channels increased significantly. Therefore. we obserbed that stimulation on specific area of the body had a constant effections on the specific channels.
In interactive environments including computer games and virtual reality applications, we have increased need for interactive control of articulated body motions. Recently, physically based methods including constrained dynamics techniques are introduced to this area, in order to produce more realistic animation sequences. However, they are hard to achieve real-time control of articulated bodies, due to their heavy computations. In this paper, we present a procedural method for interactive animation of articulated bodies. In our method, each object of the constrained body is first moved according to their physical properties and external forces, without considering any constraints. Then, the locations of objects are adjusted to satisfy given constraints. Through adapting this two-stage approach, we have avoided the solving of large linear systems of equations, to finally achieve the interactive animation of articulated bodies. We also present a few example sequences of animations, which are interactively generated on PC platforms. This method can be easily applied to character animations in virtual environments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.1023-1032
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1995
The multiple cooperating robot system plays an important role in the research of modern manufacturing system as the emphasis of production automation is more on the side of flexibility than before. While the kinematic and dynamic analysis of a single robot is performed as an open-loop chain, the dynamic formulation of robot in a multiple cooperating robot system differs from that of a single robot when the multiple cooperating robots form a closed kinematic chain holding an object simultaneously. The object may be any type from a rigid body to a multi-joint linkage. The mobility of the system depends on the kinematic configuration of the closed kinematic chain formed by robots and object, which also decides the number of independent input parameters. Since the mobility is not the same as the number of robot joints, proper constraint condition is sought. The constraints may be such that : the number of active robot joints is kept the same as mobility, all robot joints are active and have interrelations between each joint forces/torques, two robots have master-slave relation, or so on. The dynamic formulation of system is obtained. The formulation is based on recursive dual-number screw-calculus Newton-Eulerian approach which has been used for single robot analysis. This new scheme is recursive and compact symbolically and may facilitate the consideration of the object in real time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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