Herein, we performed a comparative study on approximate multi-objective design optimization, to realize a structural design to improve the weight and vibration performances of the knuckle - a car suspension component - considering various load conditions and vibration characteristics. In the approximate multi-objective optimization process, a regression meta-model was generated using the response surfaces method (RSM), while Kriging and back-propagation neural network (BPN) methods were applied for interpolation meta-modeling. The Pareto solutions, multi-objective optimal solutions, were derived using the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). In terms of the knuckle design considered in this study, the characteristics and influence of the meta-model on multi-objective optimization were reviewed through a comparison of the approximate optimization results with the meta-models and the actual optimization.
In order to increase thrust of the space launch vehicle, liquid oxygen as an oxidizer and kerosene or liquid hydrogen as a fuel are generally used. The oxidizer tank and fuel tanks are manufactured by composite materials such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) to increase pay load. The thermal stress of the cryogenic propellant tank should be considered because it has large temperature gradient. In this study, to confirm the design integrity of the oxidizer tank of liquid oxygen, a numerical analysis was conducted on the thermal stress and temperature distribution of the tank for various charging speed of the cryogenic fluid from 100 ~ 900 LPM taking into account the evaporation rate of the liquid nitrogen by convective heat transfer outside the tank and boiling heat transfer inside the tank. The thermal stress was also calculated coupled with the temperature distribution of the CFRP tank. Based on the analysis results, the charging speed of the LN2 can majorly affects the charging time and the resultant thermal stress.
Fine dust generated from vehicle brakes accounts for a significant amount of fine dust from non-exhaust system. Since such brake fine dust contains a large number of heavy metal components that are fatal to the human body, a device capable of collecting them needs to be developed. A mini cyclone, one of the devices that can effectively collect fine dust, has the advantage of relatively simple shape and high collection efficiency. Therefore, in this study, the collection efficiency of the mini-cyclone was numerically analyzed using CFD in order to find out whether such a mini-cyclone is suitable for collecting brake fine dust. As a result, the cut-off diameter was predicted to be about 1.5㎛, which means that the particle trapping load of the filter can be drastically reduced. Therefore, there is a possibility that the mini-cyclone can be used to collect fine dust from disc brakes.
Six-phase motors can be used in industrial applications, such as an electric vehicle, due to their high reliability and low current magnitude per phase. An asymmetrical PMSM with two sets of three-phase windings is a commonly used structure for six-phase motors, with each winding set demonstrating a phase difference of 30°. Although the asymmetrical PMSM presents low torque ripples, its dynamic torque response deteriorates due to coupled components in the two three-phase windings. The decoupled VSD control is applied to eliminate the coupling effect. Load ratio control of two inverters for the six-phase PMSM is proposed in this study. DQ currents are controlled on the basis of two synchronous reference frames, and the six-phase drive system can be changed to a three-phase drive system when one inverter presents fault conditions. The operation and effectiveness of the proposed algorithm is verified through simulation and experiments. The six-phase drive system is transferred to a three-phase drive system by changing the current reference of the second DQ reference frame. Moreover, control of both torque and speed exhibits satisfactory performance before and after the mode change.
The message propagation between vehicles must be efficiently performed to quickly transmit information between vehicles in vehicle ad hoc networks (VANETs). Broadcasting can be the most effective solution for propagating these messages. However, broadcasting can cause broadcast storm problems, which can reduce the performance of the overall network. Therefore, rapid information delivery in VANET requires a method that can propagate messages quickly without causing the broadcast storm problems. This paper proposes a lightweight and opportunistic broadcast (LOB) protocol that leverages the features of opportunistic routing to propagate messages quickly while minimizing the load on the network in VANETs where the network topology changes frequently. LOB does not require any routing information like greedy forwarding scheme, and neighboring nodes at the farthest distance within the range of transmission nodes are likely to be selected as forwarding nodes, and multiple forwarding candidate nodes like opportunistic routing scheme can increase packet transmission rates. Simulation results using ns-2 showed that LOB outperformed existing broadcast protocols in terms of packet rate and packet delay.
The wireless power transfer (WPT) charging system for AGV depends highly on the coupling conditions due to air gap variation. To attain stable output power with high transfer efficiency under various coupling conditions, a single-stage, DC-DC converter that operates with robustness to changes in air gaps is proposed for the WPT system. The proposed converter is capable of soft switching under the set input voltage (Vin: 380 VDC), load conditions (0-1 kW), and air gap changes (30-70 mm). In addition, a wide output voltage range (Vo: 39-54 VDC) can be controlled by varying the link voltage due to the phase control at a fixed switching frequency. Experimental results are verified using a prototype of a 1 kW wireless power charging system.
Do-Young Kim;Chang-Hoon Sim;Jae-Sang Park;Joon-Tae Yoo;Young-Ha Yoon;Keejoo Lee
Structural Engineering and Mechanics
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제87권5호
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pp.419-429
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2023
This study conducts numerical analyses of a thin-walled composite cylinder under axial compression and internal pressure of 10 kPa. Numerical vibration correlation technique and nonlinear postbuckling analyses are conducted using the nonlinear finite element analysis program, ABAQUS. The single perturbation load approach and measured imperfection data are used to represent the geometric initial imperfection of thin-walled composite cylinder. The buckling knockdown factors are derived using present initial imperfection and analysis methods under axial compression without and with the internal pressure. Furthermore, the buckling knockdown factors are compared with the buckling test and computation time are calculated. In this study, derived buckling knockdown factors in present study have difference within 10% as compared with the buckling test. It is shown that nonlinear postbuckling analysis can derive relatively accurate buckling knockdown factor of present thin-walled cylinders, however, numerical vibration correlation technique derives reasonable buckling knockdown factors compared with buckling test. Therefore, this study shows that numerical vibration correlation technique can also be considered as an effective numerical method with 21~91% reduced computation time than nonlinear postbuckling analysis for the derivation of buckling knockdown factors of present composite cylinders.
This paper presents an optimal planar transformer design of a 3-kW Low voltage DC-DC Converter (LDC) with 3.68 kW/L power density for electric vehicle (xEV) application. The transformer is optimized based on the trade-off between footprint and loss using the proposed figure-of-merit (FOM) based optimization. In order to achieve ZVS under entire load range, an external leakage inductance is added and implemented using the proposed magnetic integration technique. A comparison between non-integrated and integrated magnetic core using finite element analysis (FEA) is presented. The result shows that the integrated core can reduce the core loss up to 35 % and core boxed volume up to 15 % compared to the non-integrated core. Experimental results are also provided to validate the proposed magnetic integration technique.
Tilt is a key indicator of structural safety. Real-time monitoring of tilt responses helps to evaluate structural condition, enable cost-effective maintenance, and enhance lifetime resilience. This paper presents a prototype wireless sensing system for structural tilt measurement. Long range (LoRa) technology is adopted by the sensing system to offer long-range wireless communication with low power consumption. The sensor integrates a gyroscope and an accelerometer as the sensing module. Although tilt can be estimated from the gyroscope or the accelerometer measurements, these estimates suffer from either drift issue or high noise. To address this challenging issue and obtain more reliable tilt results, two sensor fusion algorithms, the complementary filter and the Kalman filter, are investigated to fully exploit the advantages of both gyroscope and accelerometer measurements. Numerical simulation is carried out to validate and compare the sensor fusion algorithms. Laboratory experiment is conducted on a simply supported beam under moving vehicle load to further investigate the performance of the proposed wireless tilt sensing system.
본 연구에서 송풍기 덕트 스탠드 구조물의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 대상 구조물은 운송체의 환경 시험 챔버내에 적용되는 풍동의 팬과 송풍기이다. 다양한 하중을 분석하여 송풍기 덕트 스탠드 지지 구조물에 대한 설계를 수행하였다. 분석된 주 하중은 팬에 의한 하중과 토크이다. 또한 모터의 자중과 덕트 무게도 분석하여 구조 하중에 적용되었다. 하중을 분석하여 덕트 스탠드 구조물을 설계하였다. 유한 요소 구조 해석을 통해 구조 설계 결과의 안전성을 평가하였다. 최종 설계 결과의 안전성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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