The use of turbocharger in internal combustion engines has increased as it is a key components for improving system efficiency without increasing engine size. Because of increasing demand, many studies have evaluated rotordynamic performance so as to increase rotation speed. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a floating ring bearing. We constructed rotor model by using the finite element method and approximated bearings as being infinitely short. In the linear model, we considered fluid film force as stiffness and damping element. In nonlinear analysis, calculation of the fluid film force involved solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed model by comparing the results to those of previous research. The analysis results show that there are four unstable modes, which are rigid body modes combining ring and rotor motion. As the rotating speed increases, the logarithmic decrement shows that certain unstable modes goes into the stable area or the stable mode goes into the unstable area. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis frequency jump phenomenon demonstrated in several experimental studies appears. The analysis results also showed that frequency jump phenomenon occurs when the vibration mode changes and the sequence of unstable mode matches the linear analysis result. However, the natural frequency predicted using linear analysis differs from those obtained using nonlinear analysis.
Yoo, Seungsoo;Lee, Junghyuck;Han, Jin Hee;Jee, Gyu-In;Kim, Sun Yong
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.11
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pp.989-996
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2012
The purpose of this paper is to analyze GPS (Global Positioning System) satellite orbital mechanics, and then to propose a novel long-term GPS satellite orbit prediction scheme including virtual planet perturbation. The GPS orbital information is a necessary prerequisite to pinpointing the location of a GPS receiver. When a GPS receiver has been shut down for a long time, however, the time needed to fix it before its reuse is too long due to the long-standing GPS orbital information. To overcome this problem, the GPS orbital mechanics was studied, such as Newton's equation of motion for the GPS satellite, including the non-spherical Earth effect, the luni-solar attraction, and residual perturbations. The residual perturbations are modeled as a virtual planet using the least-square algorithm for a moment. Through the modeling of the virtual planet with the aforementioned orbital mechanics, a novel GPS orbit prediction scheme is proposed. The numerical results showed that the prediction error was dramatically reduced after the inclusion of virtual planet perturbation.
Suh, Jin Sung;Jeong, Chel-Jea;Hyeon, Gi-Yong;Ryoo, Min
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.12
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pp.856-865
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2015
In a high-speed press, numerous moving links are interconnected and each link executes a constrained motion at high speed. As a consequence, high-level dynamic unbalance force and unbalance moment are transmitted to the main frame of the press, which results in unwanted vibration and significantly degrades manufacturing accuracy. Dynamic unbalance force and unbalance moment inevitably transmits high-level vibrational force to the foundation on which the press is installed. Minimizing the vibrational force transmitted to the foundation is critical for the protection of both the operators and the surrounding structures. The whole task should be carried out in two steps. The first step is to reduce dynamic unbalance based upon kinematic and dynamic analyses. The second step is to design and build an optimal vibration isolation system minimizing the vibrational force transmitted to the foundation. Firstly, the dynamic design method is presented to reduce dynamic unbalance force and moment. For this a 3D CAD software was utilized and a computer program was written to compute dynamic unbalance force and moment. Secondly, the design method for vibration isolation system is presented. The method for designing coil springs and viscous dampers are explained in detail.
The present work is concerned with the study of the influence of inhomogeneous initial stresses in a hollow cylinder containing a compressible inviscid fluid on the propagation of axisymmetric longitudinal waves propagating in this cylinder. The study is carried out using the so-called three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses to describe the motion of the cylinder and using the linearized Euler equations to describe the flow of the compressible inviscid fluid. It is assumed that the inhomogeneous initial stresses in the cylinder are caused by the internal pressure of the fluid. To solve the corresponding eigenvalue problem, the discrete-analytic solution method is applied and the corresponding dispersion equation is obtained, which is solved numerically, after which the corresponding dispersion curves are constructed and analyzed. To obtain these dispersion curves, parameters characterizing the magnitude of the internal pressure, the ratio of the sound velocities in the cylinder material and in the fluid, and the ratio of the material densities of the fluid and the cylinder are introduced. Based on these parameters, the influence of the inhomogeneous initial stresses in the cylinder on the dispersion of the above-mentioned waves in the considered hydro-elastic system is investigated. Moreover, based on these results, appropriate conclusions about this influence are drawn. In particular, it is found that the character of the influence depends on the wavelength. Accordingly, the inhomogeneous initial stresses before (after) a certain value of the wavelength lead to a decrease (increase) of the wave propagation velocity in the zeroth and first modes.
In this study, we present rotor dynamic analysis and operation test of a turbo expander for a hydrogen liquefaction plant. The turbo expander consists of a turbine and compressor wheel connected to a shaft supported by two hydrostatic radial and thrust bearings. In rotor dynamic analysis, the shaft is modeled as a rigid body, and the equations of motion for the shaft are solved using the unsteady Reynolds equation. Additionally, the operating test of the turbo expander has been performed in the test rig. Pressurized helium is supplied to the bearings at 8.5 bar. Furthermore, we monitor the shaft vibration and flow rate of the helium supplied to the bearings. The rotor dynamic analysis result shows that there are two critical speeds related with the rigid body mode under 40,000 rpm. At the first critical speed of 36,000 rpm, the vibration at the compressor side is maximum, whereas that of the turbine is maximum at the second critical speed of 40,000 rpm. The predicted maximum shaft vibration is 3 ㎛, whereas sub-synchronous vibration is not presented. The operation test results show that there are two critical speeds under the rated speed, and the measured vibration value agrees well with predicted value. The measured flow rate of the helium supplied to the bearing is 2.0 g/s, which also agrees well with the predicted data.
Kim, Nam-Sik;Jeong, Woon;Seo, Ju-Won;Ahn, Sang-Sup
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.4
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pp.71-79
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2003
As a critical member of cable-stayed bridges, stay cables play on important role of supporting the entire structure. Traffic, wind or rain-wind induced vibrations of stay cables would be a major cause of degrading both safety and serviceability of the bridge. One of the effective alternatives to solve this problem is to employ the cable dampers. In order to design the cable damper optimally, it is necessary to exactly estimate the dynamic characteristics of the existing cables. To achieve more reliable dynamic properties of stay cables, precise excitations inducing forced vibration are needed. Therefore, in this study, a cable excitation system(exciter) controlled digitally was developed. And to evaluate the performance of the cable exciter developed, a solution of the differential equation of cable motion considering the exciter was derived, Using the cable exciter, sine sweeping and resonance tests on a cable model were carried out to obtain the dynamic characteristics effectively.
This paper presents a method to display the 3D vector fields by analyzing phase space. This method is based on the connections between ordinary differential equations and the topology of vector fields. The phase space analysis should be geometric interpolation of an autonomous system of equation in the form of the phase space. Every solution of it system of equations corresponds not to a curve in a space, but the motion of a point along the curve. This analysis is the basis of this paper. This new method is required to decompose the hexahedral cell into five or six tetrahedral cells for 3D vector fields. The critical points can be easily found by solving a simple linear system for each tetrahedron. The tangent curves can be integrated by finding the intersection points of an integral curve traced out by the general solution of each tetrahedron and plane containing a face of the tetrahedron.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.2
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pp.157-164
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2016
The paper studies a comparison analysis of semi-active control strategies for a Macpherson strut type suspension system consisting of MR(magneto-rheological) damper. As a first step, in order to formulate governing, a dynamic full model of a Macpherson strut is developed considering the kinematics. The nonlinear equation of motion of the strut is then linearized around the equilibrium point. A new adaptive moving sliding model controller is developed for fast response of the system. A newly proposed adaptive moving sliding mode control strategy is then compared with conventional sliding mode controller and skyhook controller. The comparison is made for two different types of road inputs; bump and random road profiles showing superior vibration control performance in time and frequency domains.
In this paper, we presents visual effect(water, fire, smoke) simulation and interaction system for TV virtual studio. TV virtual studio seamlessly synthesizes CG background and a live performer standing on a TV green studio. Previous virtual studios focus on the registration of CG background and a performer in real world. In contrast to the previous systems, we can afford to make new types of TV scenes more easily by simulating interactive visual effects according to a performer. This requires the extraction of the performer motion to be transformed 3D vector field and simulate fluids by applying the vector field to Navier Stokes equation. To add realism to water VFX simulation and interaction, we also simulate the dynamic behavior of splashing fluids on the water surface. To provide real-time recording of TV programs, real-time VFX simulation and interaction is presented through a GPU programming. Experimental results show this system can be used practically for realizing water, fire, smoke VFX simulation and the dynamic behavior simulation of fish flocks inside ocean.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.143-150
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2021
To develop the technique for predicting the horizontal displacement of a retaining wall induced by an earthquake, an equation of motion that depicts the retaining wall-soil vibrating system was derived. The resulting differential equation was solved using the Runge-Kutta-Nystr?m method. Considering the pre-mentioned derivation process, the analysis procedures for obtaining horizontal displacement induced by an earthquake were programmed. The core algorithm of the displacement-force relationship, which is the main engine of the developed program, was suggested. Considering the results obtained by adopting the developed program to the assumed retaining wall under an earthquake, the relationships between the time-displacement, time-force, and displacement-force were reasonable. According to the results computed by the program, the displacements to the front direction of the wall occurred, and the displacement per cycle converged after some cycles elapsed. Displacements with a natural period were calculated, which showed that the maximum displacement was observed when the natural frequency was slightly different from the excitation frequency rather than the same values of the two frequencies. This happens because the vibrating system was modeled by two springs with different stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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