• Smart Structures and Systems
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• 제19권1호
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• pp.67-90
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• 2017

The interdisciplinary research area of small scale energy harvesting has attracted tremendous interests in the past decades, with a goal of ultimately realizing self-powered electronic systems. Among the various available ambient energy sources which can be converted into electricity, wind energy is a most promising and ubiquitous source in both outdoor and indoor environments. Significant research outcomes have been produced on small scale wind energy harvesting in the literature, mostly based on piezoelectric conversion. Especially, modeling methods of wind energy harvesting techniques plays a greatly important role in accurate performance evaluations as well as efficient parameter optimizations. The purpose of this paper is to present a guideline on the modeling methods of small-scale wind energy harvesters. The mechanisms and characteristics of different types of aeroelastic instabilities are presented first, including the vortex-induced vibration, galloping, flutter, wake galloping and turbulence-induced vibration. Next, the modeling methods are reviewed in detail, which are classified into three categories: the mathematical modeling method, the equivalent circuit modeling method, and the computational fluid dynamics (CFD) method. This paper aims to provide useful guidance to researchers from various disciplines when they want to develop and model a multi-way coupled wind piezoelectric energy harvester.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제75권4호
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• pp.487-496
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• 2020

Most of the previous works on numerical analysis of galloping of transmission lines are generally based on the quasisteady theory. However, some wind tunnel tests of the rectangular section or hangers of suspension bridges have shown that the galloping phenomenon has a strong unsteady characteristic and the test results are quite different from the quasi-steady calculation results. Therefore, it is necessary to check the applicability of the quasi-static theory in galloping analysis of the ice-covered transmission line. Although some limited unsteady simulation researches have been conducted on the variation of parameters such as aerodynamic damping, aerodynamic coefficients with wind speed or wind attack angle, there is a need to investigate the numerical simulation of unsteady galloping of two-dimensional iced transmission line with comparison to wind tunnel test results. In this paper, it is proposed to conduct a two dimensional (2-D) unsteady numerical analysis of ice-covered transmission line galloping. First, wind tunnel tests of a typical crescent-shapes iced conductor are conducted firstly to check the subsequent quasisteady and unsteady numerical analysis results. Then, a numerical simulation model consistent with the aeroelastic model in the wind tunnel test is established. The weak coupling methodology is used to consider the fluid-structure interaction in investigating a two-dimension numerical simulation of unsteady galloping of the iced conductor. First, the flow field is simulated to obtain the pressure and velocity distribution of the flow field. The fluid action on the iced conduct at the coupling interface is treated as an external load to the conductor. Then, the movement of the conduct is analyzed separately. The software ANSYS FLUENT is employed and redeveloped to numerically analyze the model responses based on fluid-structure interaction theory. The numerical simulation results of unsteady galloping of the iced conduct are compared with the measured responses of wind tunnel tests and the numerical results by the conventional quasi-steady theory, respectively.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권5호
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• pp.1-8
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• 2020

구조적 특성 및 공력의 상호작용과 조종면 작동기의 제어 시스템의 영향을 고려한 서보공력탄성 해석을 수행하였다. 공탄성 안정성 해석을 위해서 선행되어야 하는 구조모델의 자유진동 해석은 유한요소 해석 프로그램 MSC Nastran을 사용하였다. 비정상 공기력 계산에 ZAERO를 사용하였다. 비정상 공기력 검증에 Doublet Hybrid Method를 사용하였다. Karpel의 최소상태근사법을 이용하여 주파수 영역의 공기력을 라플라스 영역으로 근사하였다. 공탄성 상태방정식을 구동기의 동역학 상태방정식과 결합하여 서보 공탄성 모델의 상태공간방정식을 구성하였다. 고세장비 모델의 승강타 입력에 따른 안정성 해석을 수행하였다. 근궤적법과 시간적분법을 사용하여 주파수영역과 시간영역에서의 서보공탄성 안정성 해석을 수행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제13권3호
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• pp.301-311
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• 2001

내풍설계에 있어서, 아스펙트비가 6정도인 초고층 건물의 각주형 단면의 바람에 의한 공력 불안정 진동 또는 갤로핑 진동이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 등류에서 아스펙트비 6정도이고 변장비가 1/4간격으로 1에서 2까지의 초고층 건물의 각주형 단면에대한 공력불안정 진동과 갤로핑 진동에 대해 실험적으로 고찰하였다. 실험 결과, 등류시 코너 컷이 없는 경우가 코너 컷을 가진 초고층 건물의 각주형 단면에 비해 공력 불안정 진동이 커지는 경향이 있으며, 또한 갤로핑 진동도 나타났다. 따라서, 코너 컷에 의해 각주형 초고층 건물에서의 공력 불안정 진동은 효과적으로 저감되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권2호통권31호
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• pp.259-267
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• 1997

본 연구에서는 주 케이블에 횡방향 새그를 가진 자정식 현수교의 내풍안정성을 검토하기 위하여 풍동실험을 수행하고, 주형의 거동을 중심으로 그 결과를 분석하였다. 등류와 난류하에서 수행한 부분 모형 실험에서 가장 내풍안정성이 뛰어난 단면을 최종단면으로 선정하고, 전교 모형 실험을 통하여 검증하였다. 또한 차후 연구를 위한 플러터 계수를 측정하여 제시하였다. 교량의 사용성과 피로문제를 검토하기 위하여 버페팅 응답을 조사하였지만, 공학적 관점에서 만족할 만한 수준인 것으로 나타났다. 주형의 항력계수가 상당히 큼에도 불구하고 횡방향 변위가 매우 작게 나타났는데, 이는 주 케이블의 횡방향 새그가 주형의 변위를 구속하기 때문인 것으로 판단된다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제4권4호
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• pp.353-369
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• 2017

Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness, and inertia forces on a structure. In an aircraft, as the speed of the flow increases, there may be a point at which the structural damping is insufficient to damp out the motion which is increasing due to aerodynamic energy being added to the structure. This vibration can cause structural failure, and therefore considering flutter characteristics is an essential part of designing an aircraft. Scientists and engineers studied flutter and developed theories and mathematical tools to analyze the phenomenon. Strip theory aerodynamics, beam structural models, unsteady lifting surface methods (e.g., Doublet-Lattice) and finite element models expanded analysis capabilities. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. This may reduce the vibration level of the structure, and hence improve its dynamic performance. In this paper, for the first time, we analyze the flutter characteristics of a wing with a periodic change in its sandwich construction. The new technique preserves the external geometry of the wing structure and depends on changing the material of the sandwich core. The periodic analysis and the vibration response characteristics of the model are investigated using a finite element model for the wing. Previous studies investigating the dynamic bending response of a periodic sandwich beam in the absence of flow have shown promising results.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권2호
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• pp.99-105
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• 2017

공력탄성학적 현상들을 확인하는 방법 중 하나인 풍동실험은 축소 모델을 제작해야하기 때문에 복잡하고 비용이 많이 들며, 유동 속도의 제한이 있는 등의 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하여 풍동실험을 대체할 수 있는 Dry Wind-Tunnel(DWT) 기법이 제안되었다. 이는 지상 진동 실험 장치와 공기력을 계산하는 소프트웨어로 구성되어 실시간으로 유체의 영향을 고려해준다. 본 연구에서는 DWT의 핵심적인 요소인 실시간 공기력 계산프로그램을 개발하고, 구조 모델을 소프트웨어로 표현하여 두 시스템을 실시간 연동해 플러터 해석을 수행하였다. Matlab Simulink와 dSPACE를 이용하여 실시간 플러터 해석을 수행하고 이를 상용프로그램인 ZAERO를 사용한 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.147-160
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• 2007

사장교 가설 시 태풍에도 내풍안정성을 확보할 수 있도록 내풍케이블 가설공법에 대한 심도 있는 실험을 수행하였다. 주경간이 각각 475m, 230m인 강합성 사장교에 대하여 가설단계별로 내풍케이블의 배치를 다양하게 적용하여 동적 풍하중이 가설 중 사장교에 미치는 영향을 전교모형실험을 통해 검토하였으며 이를 위해 풍속 별로 캔틸레버 단부의 정적 및 동적 변위, 주탑상부의 가속도 그리고 주탑 하단부의 교축방향 휨모멘트를 산정하였다. 연구 결과 캔틸레버 당 두 세트의 수직 내풍케이블이 가장 효과적인 제진대책임을 알 수 있었다. 캔틸레버 한 쪽 길이가 약 105m인 경우 한 세트의 수직 내풍케이블도 상당한 제진효과를 발휘하였으며 캔틸레버 길이가 200m 이상의 경우 수직케이블과 우물통 경사케이블이 조합된 경우와 캔틸레버 당 두 세트의 경사 내풍케이블도 좋은 제진방안으로 판단된다. 우물통 상단에 연결되는 경사케이블은 캔틸레버 단부 부근에 설치된 경우에만 어느 정도 제진효과가 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.887-899
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• 2006

본 연구의 목적은 교량 거더 단면의 공기역학적 특성을 나타내는 기본 자료인 공기력계수와 플러터계수가 동적응답과 어떠한 상관관계를 가지는지를 규명하는데 있다. 이를 위해 세 단계의 단면모형실험이 수행되었다. 첫 번째 단계에서는 총 7개의 거더 단면 즉, 6개의 플레이트거더 단면과 1개의 박스거더 단면이 고려되었으며 거더 단면의 기하학적 형상, 영각, 바람의 방향 그리고 기류조건이 공기력계수인 항력계수, 양력계수 그리고 모멘트계수에 미치는 영향을 정적 단면모형실험을 통해 살펴보았다. 두 번째 단계에서는 동적실험을 통해 각 단면의 공기력계수와 동적응답의 상관성을 검증하였다. 마지막으로 2자유도하의 동적 단면모형실험을 통해 세 개의 거더 단면의 플러터계수를 산출하고 이를 동적실험결과와 비교하였다. 주어진 단면형상에 대한 비정상 공기력에 의해 변화되는 시스템의 감쇠와 강성을 가장 잘 반영하는 플러터계수는 초기변위-자유진동시스템을 이용하여 추출하였다. 이를 위해 등류조건에서 풍속별로 교량단면의 수직 및 비틀림 초기변위의 시간에 따른 진폭의 감쇠를 측정하였다. 본 연구에서 제시한 교량단면의 공기력계수와 플러터계수는 공탄석해석 및 버펫팅해석을 위한 기본 자료로 유용하게 쓰일 것으로 보인다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권12호
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• pp.1146-1151
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• 2008

본 연구에서는 플래핑 운동하는 에어포일에 대한 비틀림 유연성의 영향을 조사하였다. 비틀림 유연성이 있는 에어포일의 공기력은 2차원 비정상 와류 패널 방법을 이용하여 계산하였다. 플래핑 에어포일의 공탄성 해석을 위해 2차원의 typical section 모델이 사용되었다. 주요한 파라미터로서 비틀림 유연성과 가진주파수가 고려되었다. 인 무거운 에어포일 조건에서는 주파수비가 0.75 부근에서 추력 최대점이 발견되었다. 이 추력치를 경계로 두 가지 다른 운동이 관찰되었으며, 하나는 관성 지배 운동(inertia driven deformation motion)이고, 다른 하나는 진동 지배 운동(oscillation driven deformation motion)이다. 또한, 최대 추력 상태에서는 비틀림 유연성과 가진주파수에 관계없이 위상각이 85도를 유지하였다.