International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.106-117
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2006
The active vibration control of composite shell structure has been performed with the optimized sensor/actuator system. For the design of sensor/actuator system, a method based on finite element technique is developed. The nine-node Mindlin shell element has been used for modeling the integrated system of laminated composite shell with PVDF sensor/actuator. The distributed selective modal sensor/actuator system is established to prevent the effect of spillover. Electrode patterns and lamination angles of sensor/actuator are optimized using genetic algorithm. Continuous electrode patterns are discretized according to finite element mesh, and orientation angle is encoded into discrete values using binary string. Sensor is designed to minimize the observation spillover, and actuator is designed to minimize the system energy of the control modes under a given initial condition. Modal sensor/actuator for the first and the second mode vibration control of singly curved cantilevered composite shell structure are designed with the method developed on the finite element method and optimization. For verification, the experimental test of the active vibration control is performed for the composite shell structure. Discrete LQG method is used as a control law.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of hybrid structure with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. A numerical algorithm capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to explore the dynamic response of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified model of 2 coupled lumped masses to investigate the effects of subsystems different damping, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and equivalent modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure.
Vibrational energy harvester based on piezoelectricity has been expected to be the dominant energy harvesting technology due to the advantages of high conversion efficiency, light weight and small size, night operation, etc. Its commercialization is just around the corner but the integration with power management electronics should be solved in advance. In this paper, therefore, fully-integrated design environment for piezoelectric energy harvesting systems is presented to assist co-design with the power management electronics. The proposed design environment is capable of analyzing the energy harvester including the package-induced damping effects and simulating the device and its power management electronics simultaneously. When the developed design environment was applied to the fabricated device, the simulated resonant frequency matched well with the experimental result with a difference of 2.97% only. Also, the complex transient response was completed in short simulation time of 3,001 seconds including the displacement distribution over the device geometry. Furthermore, a full-bridge power management circuit was modeled and simulated with the energy harvester simultaneously. Therefore the proposed, fully-integrated design environment is accurate and fast enough for the contribution on successful commercialization of piezoelectric energy harvester.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.1
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pp.20-26
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2019
In this paper, we propose measurement based numerical resistivity model for low energy exploding foil initiator (LEEFI) of electronic safety and arming device(ESAD). A resistivity model describes a behavior of variable resistance in LEEFI by firing current. The previous resistivity model was based on high energy detonator applications as explosive bridge wire and exploding foil initiator. Therefore, to estimate the voltage, current, and burst time of LEEFI, a resistivity model suitable for LEEFI is needed. For the modeling of resistivity of LEEFI, we propose a specific action based equation which represents a behavior of LEEFI when firing current is applied. To verify the proposed model, we analyze a firing current transmission path to obtain parasitic impedance. We experimentally verify that the proposed resistivity model offers precise estimation for the behavior of variable resistance in LEEFI.
Integrated gasification combined cycle (IGCC) is an efficient and environment-friendly power generation system which is capable of burning low-ranked coals and other renewable resources such as biofuels, petcokes and residues. In this study some process modeling on a conceptual entrained flow gasifier was conducted using the ASPEN Plus process simulator. This model is composed of three major steps; initial coal pyrolysis, combustion of volatile components, and gasification of char particles. One of the purposes of this study is to develop an effective and versatile simulation model applicable to numerous configurations of coal gasification systems. Our model does not depend on the hypothesis of chemical equilibrium as it can trace the exact reaction kinetics and incorporate the residence time calculation of solid particles in the reactors. Comparisons with previously reported models and experimental results also showed that the predictions by our model were pretty reasonable in estimating the products and the conditions of gasification processes. Verification of the accuracy of our model was mainly based upon how closely it predicts the syngas composition in the gasifier outlet. Lastly the effects of change oxygen are studied by sensitivity analysis using the developed model.
Park, Sun-Jae;Shin, Jong-Hyun;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.9
no.6
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pp.2004-2012
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2014
Energy storage devices are necessary to obtain stable utilization of renewable energy sources. When black-out occurs, distributed renewable power sources with energy storage devices can operate under standalone mode as uninterruptable power supply. This paper proposes a dynamic response analysis with small-signal modeling for the standalone operation of a photovoltaic power generation system that includes a bidirectional charger/discharger with a battery. Furthermore, it proposes a DC-link voltage controller design of the entire power conditioning system, using the storage current under standalone operation. The purpose of this controller is to guarantee the stable operation of the renewable source and the storage subsystem, with the power conversion of a very efficient bypass-type PCS. This paper presents the operating principle and design guidelines of the proposed scheme, along with performance analysis and simulation. Finally, a hardware prototype of 1-kW power conditioning system with an energy storage device is implemented, for experimental verification of the proposed converter system.
In this study, the performance characteristics of a high temperature heat pump dryer that is able to raise the air temperature up to $80^{\circ}C$ by using waste heat as heat source were investigated numerically. The main components of the heat pump dryer were modeling as a compressor, condenser, evaporator and expansion device, and R245fa was selected as refrigerant. Experiments were also conducted to validate the numerical data. As a result, when the evaporator air inlet temperature increased from $50^{\circ}C$ to $65^{\circ}C$, the numerical results of the hot air temperature at outlet and heat pump COP were about 8~11% and 5~8% higher than that of experimental ones, respectively.
Park, Sun-Jae;Lee, Hwa-Seok;Kim, Chan-In;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong;Ryeom, Jeongduk
Journal of Power Electronics
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v.13
no.3
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pp.390-399
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2013
As a result of the depletion of fossil fuels and environmental contamination, it has become important to use renewable energy. For the stable utilization of renewable energy sources, energy storage devices must be used. In addition, renewable and distributed power sources with energy storage devices must operate stably under grid-connected mode. This paper proposed dynamic response modeling for renewable power generation systems including a charger/discharger with an energy storage device in order to derive a method to guarantee stable operation while fully utilizing the energy from the energy storage device. In this paper, the principle operation and design guidelines of the proposed scheme are presented, along with a performance analysis and simulation results using MATLAB and PSIM. Finally, a hardware prototype of a 1kW power conditioning system with an energy storage device has been implemented for experimental verification of the proposed converter system.
Lim, Hyoung Jun;Choi, Ho-Il;Lee, Min-Jung;Yun, Gun Jin
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.51-58
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2021
In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is presented. The variations of the material properties induced by the needle-punching process and complex geometrical features could pose challenges when estimating the material behavior. For considering these features of composites, a 3D microscopic FE approach is introduced based on micro-CT technology to produce a 3D high fidelity FE model. The image processing techniques of micro-CT are utilized to generate discrete-gray images and reconstruct the high fidelity model. Furthermore, a subcell modeling technique is developed for the 3D NP C/SiC based on the high fidelity FE model to expand to the macro-scale structural problem. A numerical homogenization approach under periodic boundary conditions (PBCs) is employed to estimate the equivalent behavior of the high fidelity model and effective properties of subcell components, considering geometry continuity effects. For verification, proposed models compare excellently with experimental results for the mechanical behavior of tensile, shear, and bending under static loading conditions.
Koo, Sungchan;Kim, Taekyung;Choi, Minki;Kim, Sanghyun;Choi, Sungho;Lee, Yongsun;Kim, Jay J.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.6
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pp.806-814
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2019
One of the future weapon systems is the individual smart weapon which has a structure mounted on the forearm of soldiers. The structure may cause injuries or affect the accuracy of fire due to its impact on joints when shooting. This paper proposes human-impact interaction modeling and a verification methodology in order to estimate the impact of fire applied to the forearm. For this purpose, a human musculoskeletal model was constructed and the joints' behavior in various shooting positions was simulated. In order to verify the simulation results, an impact testing device substituting the smart weapon was made and the experiment was performed on a real human body. This paper compares the simulation results performed under various impact conditions and the experimental values in terms of accuracy and introduces methods to complement them. The results of the study are expected to be a basis for a reliable human-impact interaction modeling, and smart individual weapon development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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