International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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pp.37-47
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2018
Dynamic simulation is critical for electrical ship studies as it obtains the necessary information to capture and characterize system performance over the range of system operations and dynamic events such as disturbances or contingencies. However, modeling and simulation of the interactive electrical and mechanical dynamics involves setting up and solving system equations in time-domain that is typically time consuming and computationally expensive. Accurate assessment of system dynamic behaviors of interest without excessive computational overhead has become a serious concern and challenge for practical application of electrical ship design, analysis, optimization and control. This paper aims to develop a systematic approach to classify the sophisticated dynamic phenomenon encountered in electrical ship modeling and simulation practices based on the design intention and the time scale of interest. Then a novel, comprehensive, coherent, and end-to-end mathematical modeling and simulation approach has been developed for the latest Medium Voltage Direct Current (MVDC) Shipboard Power System (SPS) with the objective to effectively and efficiently capture the system behavior for ship-wide system-level studies. The accuracy and computation efficiency of the proposed approach has been evaluated and validated within the time frame of interest in the cast studies. The significance and the potential application of the proposed modeling and simulation approach are also discussed.
A dynamic system under random disturbance is considered in the study. In order to control the system efficiently, proper reduction of system dimension is indispensible in design stage. The reduction method using component cost analysis in conjunction with stochastic analysis is proposed for the control of a system. System response is obtained in terms of dynamic moment equation via Fokker-Plank-Kolmogorov(F-P-K) equation. The dynamic moment response of the system under random disturbance are reduced by using of deterministic version of component cost analysis. The reduced system via proposed "stochastic component cost analysis" is successfully implemented for dynamic response and shows remarkable control performance effectively utilizing "stochastic controller" in physical time domain.
Concentrated Solar Photovoltaic (CPV) is a promising alternative to conventional solar structures. These solar tracking structures need to be optimized to be competitive against other types of energy production. In particular, the selection of the structural parameters needs to be optimized with regards to the dynamic wind response. This study aims to evaluate the effect of the main structural parameters, as selected in the preliminary design phase, on the wind response and then on the weight of the steel support structure. A parametric study has been performed where parameters influencing dynamic wind response are varied. The study is performed using a semi-deterministic time-domain wind analysis method. Unsteady aerodynamic model is applied for the shape of the CPV structure collector at different configurations in conjunction with a consistent mass-spring-damper model with the corresponding degrees of freedom to describe the dynamic response of the system. It is shown that, unlike the static response analysis, the variation of the peak wind response with many structural parameters is highly nonlinear because of the dynamic wind action. A steel structural optimization process reveals that close attention to structural and site wind parameters could lead to optimal design of CPV steel support structure.
Jo, Kyung-Lim;Hong, Suk-Yoon;Song, Ji-Hun;Kim, Dong-Jin
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11b
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pp.85-89
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2005
For the analysis of a vibrating two dimensional structure such as the simply supported rectangular plate, Spectral Finite Element Method (SFEM) has been studied. Under the condition that two parallel edges are simply supported at least and the other two edges can be arbitrary, Spectral Finite Element has been developed. Using this element SFEM is applied to the vibrating rectangular plate which all edges are simply supported, and obtain the frequency response function in frequency domain and the dynamic response in time domain. To evaluate these results normal mode method and finite element method (FEM) are also accomplished and compared. It is seen that SFEM is more powerful analysis tool than FEM in high frequency range.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1487-1494
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1990
In this paper the dynamic characteristics of self acting air lubricated slider bearing of hard disk/head system are investigated. The dynamic equations of magnetic head mechanism considering both parallel and pitch motion and the time dependent modified Reynolds equation are analyzed and the dynamic pressure distribution of air film is numerically calculated in frequency domain by small perturbation method and finite difference scheme with variable grid. The dynamic response of the slider spacing is obtained accordingly as the moving recording surface vibrates in parallel mode.
A circuit-domain model of PWM inverter provides accurate simulation results in consideration of detail switching characteristics. Although, a huge amount of computation time is demanded for the simulation results of several ten seconds, which is the required time to analyze system behaviors or control performances of Electric Power Steering(EPS) on real drive condition. This paper describes the nonlinear inverter model for fast dynamic simulation of EPS without the PWM concept through analyzing the effect of nonlinear switching characteristics like dead time, forward voltage drop and conduction resistance. Some inverter models including proposed model are compared from two standpoints which are computation time and accuracy. The comparison results show the usefulness of the developed model in order to develop the control algorithm through the fast prediction of system behaviors.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.6
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pp.846-855
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2021
Eco-friendly and renewable energy sources are actively being researched in recent times, and of shore wind power generation requires advanced design technologies in terms of increasing the capacities of wind turbines and enlarging wind turbine installation vessels (WTIVs). The WTIV ensures that the hull is situated at a height that is not affected by waves. The most important part of the WTIV is the leg structure, which must respond dynamically according to the wave, current, and wind loads. In particular, the wave load is composed of irregular waves, and it is important to know the exact dynamic response. The dynamic response analysis uses a single degree of freedom (SDOF) method, which is a simplified approach, but it is limited owing to the consideration of random waves. Therefore, in industrial practice, the time-domain analysis of random waves is based on the multi degree of freedom (MDOF) method. Although the MDOF method provides high-precision results, its data convergence is sensitive and difficult to apply owing to design complexity. Therefore, a dynamic amplification factor (DAF) estimation formula is developed in this study to express the dynamic response characteristics of random waves through time-domain analysis based on different variables. It is confirmed that the calculation time can be shortened and accuracy enhanced compared to existing MDOF methods. The developed formula will be used in the initial design of WTIVs and similar structures.
Based on Trifuilac's empirical model to transform earthquake acceleration time history in the time domain into Fourier amplitude spectrum in the frequency domail an earthquake scaling technique for simulating the earthquake record of certain magnitude as the required magnitude earthquake was suggested. Also, using the earthquake record of magni dude(M) 5.8, the simulated earthquake of magnitude(M) 8.0 was established and its application to dynamic testing system was proposed. The earthquake scaling technique could be considered by several terms : earthquake magnitude(M), earthquake intensity(MMI), epicentral distance, recording site conditions, component direction and confidence level required by the analysis. Albo, it had an application to the various earthquake records. The simulated earthquake in this study was established by two orthogonal horizontal components of earthquake acceleration-time history. The simulated earthquake shaking could be applied to the dynamic pile load test for the model tension pile and the model compressive open -ended piles driven into the pressure chamber. In the static pile load test, behavior of two piles was very different and after model tension pile experienced 2 or 3 successive slips of the pile relative to the soil, it was failed completely. During the simulated earthquake shaking, dynamic behavior and pile capacity degradation of two piles were very different.
This study aims to evaluate the dynamic responses of the jacket-type offshore wind turbine using FAST software (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence). A systematic series of simulation cases of a 5 MW jacket-type offshore wind turbine, including wind-only, wave-only, wind & wave load cases are conducted. The dynamic responses of the wind turbine structure are obtained, including the structure displacement, rotor speed, thrust force, nacelle acceleration, bending moment at the tower bottom, and shear force on the jacket leg. The calculated time-domain results are transformed to frequency domain results using FFT and the environmental load with more impact on each dynamic response is identified. It is confirmed that the dynamic displacements of the wind turbine are dominant in the wave frequency under the incident wave alone condition, and the rotor thrust, nacelle acceleration, and bending moment at the bottom of the tower exhibit high responses in the natural frequency band of the wind turbine. In the wind only condition, all responses except the vertical displacement of the wind turbine are dominant at three times the rotor rotation frequency (considering the number of blades) generated by the wind. In a combined external force with wind and waves, it was observed that the horizontal displacement is dominant by the wind load. Additionally, the bending moment on the tower base is highly affected by the wind. The shear force of the jacket leg is basically influenced by the wave loads, but it can be affected by both the wind and wave loads especially under the turbulent wind and irregular wave conditions.
Oil seals will experience a small amplitude dynamic excitation due to the shaft eccentricity as well as out-of-roundness of the shaft. The direct integration method is selected to analyze the time domain response of the seal lip-shaft contact. The physical properties of rubber seal materials are experimentally analyzed. Effects of both frequency and temperature on the material stiffness behavior are investigated for the linear viscoelastic materials of the seal. Using the nonlinear transient model, a finite element analysis of the lip-shaft contact behaviors under dynamic conditions is presented as a function of the shaft eccentricity, the shaft interference and the garter spring stiffness. The FEM results based on the experimental data indicate that the increased rotating speed may produce the separation conditions. These results will be very useful in predicting the leakage of oil seals under dynamic conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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