This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
By applying METHOD 514.8 of the US military standard MIL-STD-810H, vibration analysis of the winding core automatic feeding device was performed during vehicle transportation. The contact point between the LM guide and main support frame was weak in the vertical axis, transverse axis, and longitudinal axis during the transportation of the automatic winding core feeder vehicle, and the maximum equivalent stress was 236.31 MPa in the longitudinal axis. When random vibration was applied, the safety margin in the longitudinal direction was 0.26, indicating low safety. The safety margin was changed by increasing the damage factor to 0.1. Finally, the safety margin was improved to 3.48 to secure safety. Resonance occurred with a Q factor of 9.34 in the harmonic response to which the RMS value of the ASD data was input, and the vertical axis safety margin was derived as 0.16. When the damping factor was 0.15, the Q factor was 3.37, and resonance was avoided with a safety margin of 6.62.
Spandex yarn requires a twisting process during winding and unwinding processes at the textile industry. The air-twist nozzle is widely used as part of the winding and unwinding. This paper describes computational approach to design the geometry of the air-twist nozzle. The nozzle has circular yarn-channel and the air-inlet which is perpendicularly connected to the yarn-channel with yarn-loading slit. The air-inlet of the nozzle is designed while measurements of the yarn-channel are fixed. The airflow inside the air-twist nozzle is simulated by using Computational Fluid Dynamic model. The Ansys CFX was used to perform steady simulations of the airflow for the air-twisting process. The vortical structure and the airflow pattern such as velocity streamline, vorticity, velocity of the air-twist nozzle are discussed. Computational results are compared with experimental results in this paper.
본 논문에서는 집중권 BLDC 전동기의 권선 착자 공정에서 발생하는 착자 불량을 진단할 수 있는 새로운 방법을 제안한다. 착자 불량 모델을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션과 압축기를 이용한 효율 시험을 통해 권선 착자 불량이 BLDC 전동기의 에너지 효율 저감을 야기할 수 있음을 입증하였다. 제안된 방식은 착자 공정이 완료된 후에 BLDC 전동기를 구동하는 시험 과정에서 인버터를 이용하여 권선 착자 불량을 진단한다. 압축기용 BLDC 전동기에 대한 실험을 통해 권선 착자 불량을 높은 감도로 찾아낼 수 있음을 보인다.
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field because of their high specific modulus and specific strength. It has two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to prevent explosive damage proceeding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material can be applied in the field such as defence industry and aerospace industry. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding of composite vessel subjected to internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS with AutoLISP and ANSYS APDL languages, general commercial software, which is verified as useful characteristic of the solution. Among the modules of the system, both the process planning module for carrying out the process planning of filament wound composite pressure vessel and the autofrettage process module for obtaining higher residual stress will minimize trial and error and reduce the period for developing new products. The system can serve as a valuable system for experts and as a dependable training aid for beginners.
HDPE (high density polyethlyne) 라이너와 금속 boss를 가진 복합재료 압력용기가 필라멘트 와인딩 공정에 의해 개발되었다. 이 용기의 끝 부위는 dome-shape 부위 그리고 용기의 중앙부는 cylinder-shape로 형성되었다. 용기를 구성하는 재료인 HDPE, 수지 그리고 강화섬유와 같은 용기재료에 대해 환경실험이 1년 이상 실행되었다 Boss 설계는 FEM 해석으로 가스 누출을 최대한 방지해 주는 것으로 확인되었다. 실험적인 방법에 의해 가장 이상적인 fiber tension이 얻어졌고, image analyzer에 의해 측정된 섬유의 체적율, $\textrm{V}_{f}$,는 실린더에서 55.4 %, dome part에서 55.6 % 이었다. Winding pattern은 용기의 파괴가 실린더 부위에서 일어나도록 dome 부위의 복합재료 두께조절을 하도록 프로그램 되었다 경화 중 용기는 돌려졌었고 고정 내부압력 0.62 bar를 가함으로서 최종용기의 파괴압력이 28 % 향상되었다. Under-wound, fully wound된 용기의 파괴 및 피로시험결과를 충족하였다.
Reduction of yam hairiness by nozzles in ring spinning and winding is a new approach. Simulation of the airflow pattern inside the nozzles provides useful information about actual mechanism of hairiness reduction. The swirling air current inside the nozzles is capable of wrapping the protruding hairs around the yam body, thereby reducing yam hairiness. Since production rate of winding is very high and the process itself increases yarn hairiness any method to reduce the hairiness of yarns at this stage is a novel approach. A CFD (computational fluid dynamics) model has been developed to simulate the airflow pattern inside the nozzles using Fluent 6.1 software. In this study, both S- and Z-type nozzles having an axial angle of 500 and diameter of 2.2 mm were used for simulation studies. To create a swirling effect, four air holes of 0.4 mm diameter are made tangential to the inner walls of the nozzles. S- and Z-twisted yams of 30 tex were spun with and without nozzles and were tested for hairiness, tensile and evenness properties. The total number of hairs equal to or exceeding 3 mm (i.e. the S3 values) for yam spun with nozzle is nearly 49-51 % less than that of ring yams in case of nozzle-ring spinning, and 15 % less in case of nozzle-winding, while both the yarn types show little difference in evenness and tensile properties. Upward airflow gives best results in terms of hairiness reduction for nozzle-ring and nozzle wound yams compared to ring yarns. Yarn passing through the centre of the nozzle shows maximum reduction in S3 values.
본 논문에서는 필라멘트 와인딩 시 장력에 의해 압밀을 유발하는 압력을 선행연구자들의 연구를 참조하여 결정한 후 T800 탄소섬유/에폭시 복합재료의 기본적인 물성과 성형압력 변화에 따른 면 내 외의 물성 변화를 측정하였다. 실험 시편은 오토클레이브 진공백 성형을 통해 압력(절대압력 0.1MPa, 0.3MPa, 0.7MPa)을 조절하여 제조되었다. 모든 시편은 적층판 형태로 정화된 후 워터젯을 이용하여 시편 모양으로 절단되었으며, 층간 전단시편의 V-노치는 밀링가공을 통하여 제작되었다. 평면 내 물성을 위해 다양한 인장실험이 실시되었으며, 평면 외 물성을 측정하기 위해 층간 전단 실험이 수행되었다 성형압력과 물성 변화를 관련시키기 위해 시편의 섬유 부피분율을 측정하였다. 본 연구에서 측정된 물성은 동일한 탄소섬유 (T800 탄소섬유)를 사용하여 필라멘트 와인딩 공정으로 제작되는 차량용 Type III 수소저장용기의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
복합재 격자구조체는 요구 하중을 최소한의 무게 및 두께로 지지하는 구조체로, 고강도 탄소섬유에 에폭시 수지를 함침시켜 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된다. 구조적으로 반드시 필요한 부분만을 적층 및 제작하므로 항공기 동체, 위성발사체 및 유도무기 등에 적용하여 경량화를 극대화 할 수 있다. 본 논문에서는 대형 원통형 및 콘형 복합재 격자구조체의 설계, 해석, 제작 및 평가까지 전 순기에 해당하는 복합재 격자구조체 개발 및 평가를 수행하였다. 실제 발사체 및 유도무기에 적용이 가능하도록 직경 2,600 mm, 길이 2,000 mm의 원통형 격자구조체와 상단 직경 1,300 mm, 하단 직경 2,500 mm, 길이 900 mm의 콘형 격자구조체를 개발하였으며, 하중시험을 통해 대형 복합재 격자구조체의 성능을 평가하였다.
In order to reduce the automotive weight, the study exchanging the steel for FRP in leaf spring has been studied. The purposes of this study are to develop more effective manufacturing process of FRP leaf springs than conventional one and to examine the prototype which is made by the developed process. As the results, we have developed more productive manufacturing process by 3-5 times than the conventional one and made FRP leaf spring with equivalent or higher quality than steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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