Lee, Chan-Hong;Song, Chang Kyu;Kim, Byung-Sub;Kim, Chang-Ju;Heo, Segon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.5
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pp.431-439
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2015
One of common challenges in designing modern production machines is realizing high speed motion without sacrificing accuracy. To address this challenge it is necessary to maximize the stiffness of the mechanical structure and the control system with consideration on the main disturbance input, cutting forces. This paper presents analysis technologies for realizing high stiffness in production machines. First, CAE analysis techniques to evaluate the dynamic stiffness of a machine structure and a new method to construct the physical machine model for servo controller simulations are demonstrated. Second, cutting forces generated in milling processes are analyzed to evaluate their effects on the mechatronics system. In the effort to investigate the interaction among the structure, controller, and process, a flexible multi-body dynamics simulation method is implemented on a magnetic bearing stage as an example. The presented technologies can provide better understandings on the mechatronics system and help realizing high stiffness production machines.
This paper focuses on the efficient arrangement plan of buoyancy modules, which plan is used to secure the safe operation and structural stability of a marine riser. The marine riser is connected between a vessel and seabed devices. The movement of the vessel and the seabed devices are affected by the motion of the riser. The riser of a deep-seabed integrated mining system exerts a strong influence on the healthy transfer of minerals. So, buoyancy modules must be equipped to compensate for the problem which is the structure stability and the dynamic motion. Installation locations and quantities of the buoyancy modules are determined by real sea experiments. But this is not easy to do because in real sea experimental conditions the cost is expensive as well as being, time-consuming and dangerous. Therefore, the locations and quantities should be determined by numerical simulation. This method is called simulation-based design. The dynamic analysis models of the riser and the buoyancy modules are built into the commercial software of DAFUL.
Park, Ji-Soo;Yoon, Joon-Shik;Choi, Jin-Hwan;Rhim, Sung-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.4
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pp.465-474
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2012
In this study, a dynamic simulation model that considers many spherical particles and multibody dynamics (MBD) entities is developed. Plenteous spherical particles are solved using the Discrete Element Method (DEM) technique and simulated on a GPU board in a PC. A fast algorithm is used to calculate the Hertzian contact forces between many spherical particles, and NVIDIA CUDA is used to increase the calculation speed. The explicit integration method is applied to solve the many spheres. MBD entities are simulated by recursive formulation. Constraints are reduced by recursive formulation, and the implicit generalized alpha method is applied to solve the dynamic model. A new algorithm is developed to simulate the DEM and MBD models simultaneously. As a numerical example, a truck car model and gear model are developed. The results show that the proposed algorithm using a general-purpose GPU in a PC has many advantages.
The objective of this investigation is to develop a compliant track link model and apply this model to the multi-body dynamic analysis of high mobility tracked vehicles. Two major difficulties encountered in developing the compliant track models. The first one is that the integration step size must be kept small in order to maintain the numerical stability of the solution. This solution deals with high oscillatory signals resulting from the impulsive contact forces and stiff compliant elements to represent the joints between the track links. The second difficulty is due to the large number of the system equations of motion of the three dimensional multibody tracked vehicle model. This problem was sloved by decoupling the equations of motion of the chassis subsystem and the track subsystems. Recursive methods are used to obtain a minimum set of equations for the chassis subsystem. Several simulation scenarios were tested for the high mobility tracked vehicle including accelaeration, high speed cruising, braking, and turning motion in order to demonstrate the effectiveness and validity of the methods proposed in this investigation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.2
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pp.65-72
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2019
In long freight trains, there is a brake time delay in neighboring freight cars, which causes damage and fractures in the couplers, especially at their knuckle. A problem in the couplers of the cars can cause derailment and damages of human life and property. In this study, maximum forces on the couplers are studied when a long freight car brakes with the brake delay time and coupler gap. We make a dynamic model of 50 freight cars and couplers, applying contact between the couplers and a characteristic curve to express the force and displacement of the buffers using SIMPACK, which is a multi-body dynamics program. We use EN 14531-2, which is a standard of freight car brakes, to verify the dynamic model. Then, we compare the analyzed impact force with the coupler knuckle standard after applying the two carriages of a locomotive in the model based on the dispersed double head control system. The result shows that all coupler gap conditions satisfy the infinite lifetime of the material when the brake delay time is 0.1 second.
In this paper, we propose an early rehabilitation training system for the improvement of postural balance with multi-modality on a tilting bed. The integration of the visual, somatosensory and vestibular functions is significant to for maintaining the postural control of the human body. However, conventional rehabilitation systems do not provide multi-modality to trainees. We analyzed the characterization of postural control at different tilt angles of an early rehabilitation training system, which consists of a tilting bed, a visual feedback, a computer interface, a computer, and a force plate. The software that we developed for the system consists of the training programs and the analysis programs. To evaluate the characterization of postural control, we conducted the first evaluation before the beginning of the training. In the following four weeks, 12 healthy young and 5 healthy elderly subjects were trained to improve postural control using the training programs with the tilting bed. After four weeks of training, we conducted the second evaluation. The analysis programs assess (center of pressure) COP moving time, COP maintaining time, and mean absolute deviation of the trace before and after training at different tilt angles on the bed. After 4 weeks, the COP moving time was reduced, the COP maintaining time was lengthened, and the mean absolute deviation of the trace was lowered through the repeated use of vertical, horizontal, dynamic circle movement training programs. These results show that this system improves postural balance and could be applied to clinical use as an effective training system.
Local transient extreme wind loads caused by group tower-related interference are among the major reasons that lead to wind-induced damage of super-large cooling towers. Four-tower arrangements are the most commonly seen patterns for super-large cooling towers. We considered five typical four-tower arrangements in engineering practice, namely, single row, rectangular, rhombic, L-shaped, and oblique L-shaped. Wind tunnel tests for rigid body were performed to determine the influence of different arrangements on static and dynamic wind loads and extreme interference effect. The most unfavorable working conditions (i.e., the largest overall wind loads) were determined based on the overall aerodynamic coefficient under different four-tower arrangements. Then we calculated the one-, two- and three-dimensional aerodynamic loads under different four-tower arrangements. Statistical analyses were performed on the wind pressure signals in the amplitude and time domains under the most unfavorable working conditions. On this basis, the non-Gaussian distribution characteristics of aerodynamic loads on the surface of the cooling towers under different four-tower arrangements were analyzed. We applied the Sadek-Simiu procedure to the calculation of two- and three-dimensional aerodynamic loads in the cooling towers under the four-tower arrangements, and the extreme wind load distribution patterns under the most unfavorable working conditions in each arrangement were compared. Finally, we proposed a uniform equation for fitting the extreme wind loads under the four-tower arrangements; the accuracy and reliability of the equation were verified. Our research findings will contribute to the optimization of the four-tower arrangements and the determination of extreme wind loads of super-large cooling towers.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.4
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pp.350-358
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2014
The demand for the lightweight wall has increased as the structure of the multi-unit dwelling has shift to the rahmen structure. The lightweight wall is required to secure certain degree of shock resistance for the structural safety. The study performed the load analysis test for 7 small hard bodies with different masses and shapes and 5 hard materials which applied the impact load on the wall. It was found out from the experiment that different pendulum weight doubled the load maximum even though the shock energy was the same. In addition, the study compared and analyzed the weight of materials and the load of small hard bodies to propose fundamental data for the material design of the lightweight wall.
Park, Jae-joon;Park, Hongsik;Kim, Kyu-Yong;Jeon, Jong-Up
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.1
no.1
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pp.84-93
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2001
An electromagnetic micro x-y stage for probe-based data storage (PDS) has been fabricated. The x-y stage consists of a silicon body inside which planar copper coils are embedded, a glass substrate bonded to the silicon body, and eight permanent magnets. The dimensions of flexures and copper coils were determined to yield $100{\;}\mu\textrm{m}$ in x and y directions under 50 mA of supplied current and to have 440 Hz of natural frequency. For the application to PDS devices, electromagnetic stage should have flat top surface for the prevention of its interference with multi-probe array, and have coils with low resistance for low power consumption. In order to satisfy these design criteria, conducting planar copper coils have been electroplated within silicon trenches which have high aspect ratio ($5{\;}\mu\textrm{m}$in width and $30{\;}\mu\textrm{m}$in depth). Silicon flexures with a height of $250{\;}\mu\textrm{m}$ were fabricated by using inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE). The characteristics of a fabricated electromagnetic stage were measured by using laser doppler vibrometer (LDV) and dynamic signal analyzer (DSA). The DC gain was $0.16{\;}\mu\textrm{m}/mA$ and the maximum displacement was $42{\;}\mu\textrm{m}$ at a current of 180 mA. The measured natural frequency of the lowest mode was 325 Hz. Compared with the designed values, the lower natural frequency and DC gain of the fabricated device are due to the reverse-tapered ICP-RIE process and the incomplete assembly of the upper-sided permanent magnets for LDV measurements.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.3
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pp.148-156
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2013
Since the demand for new military vehicle to fulfill the necessary conditions such as multi-purpose, high-mobility, and survivability has raised continuously from the army, the prototype of a Korean light tactical vehicle was developed to meet these requirements using our own technology. In particular, the new tactical vehicle was equipped with a double wishbone independent suspension to improve ride and handling and maximize off-road driving performance. In this paper, a comprehensive virtual durability process to evaluate the service life of the prototype is presented. A reliability of the trimmed body model based on CATIA data was verified by comparison result between mode analysis and modal test. The dynamic model was constructed using ADAMS/Car, and then the weight distribution and lateral slope driving performance of it were compared with the results of static weight and lateral slope tests. The validity of the VTL(Virtual Test Lab) was checked with test results from the 3-inch spaced impact road. The durability performances of trimmed body and suspension components were evaluated through MSM(Modal Superposition Method) fatigue analysis. It is shown that the virtual durability process could be a helpful tool to find out the weak areas and improve their structures in developing new military vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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