Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.905-910
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2010
Exhaust manifolds are the first structures to be developed by hydroforming; mass production of exhaust manifolds by this method will be possible soon. This is obviously related with tight emission regulation induced by environmental problems commonly for both domestic and worldwide and standards, thus evoking its solution for domestic automakers. Compared to conventional cast products, thin-gauge tubular hydroformed exhaust manifold have superior features; for example, in the hydroformed exhaust manifold, gas decomposition during the cold-start period of the engine is reduced by lowering the heat sink, and manufacturing process is simplified since less welding is involved. The aim of this study is to develop a hydroformed exhaust manifold; the study deals with the components, the hydroforming process, and tool design of the manifolds. The performance of the exhaust system is evaluated by performing flow analysis, heat-transfer analysis, heat-stress analysis, and fatigue analysis by using a computer.
This study concerns with comparing low-dimensional reactor kinetics methods with a three-dimensional kinetics method to be used for safety analysis of light water reactors in order to suggest means of preparing input parameters required for low-dimensional methods. For this purpose a one-dimensional finite difference two-group diffusion theory code ODTRAN and a third-order Hermit polynomial-based point kinetics code POTRAN are developed and used to obtain low-dimensional solutions to the LRA-BWR kinetics benchmark problem. The results are compared with a three-dimensional modified Borresen's coarse-mesh solution of the kinetics problem by CMSNACK code. Through this comparison some simple but practical means of preparing input parameters of low-dimensional kinetics analysis methods are suggested.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.7
no.4
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pp.192-198
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2004
A numerical method is developed to solve a two-dimensional diffraction problem for a body located in a sediment pocket where a heavier muddy water is trapped. In the present study, the wave exciting forces acting on a submerged body in the water-sediment interface by an incident wave is investigate. It is assumed that the heavier mud is trapped locally in a sediment pocket. A mathematical formulation is made in the scope of the potential theory. The fluid is assumed to be inviscid, incompressible and its motion irrotational. The boundary conditions on the unknown free surface and interface are linearized. As a method of solution, the localized finite-element method is adopted. In the method, the computation domain is reduced by utilizing the complete set of analytic solutions known in the infinite subdomain to be truncated by introduction of an appropriate juncture conditions. The main advantage of this method is that any complex geometry of the boundaries can be easily accommodated. Computations are carried out for mono-chromatic plane progressive surface waves normally incident on the domain. Numerical results are compared with those obtained by Lassiter based on Schwingers variational method. Good Agreements are obtained in general. Another numerical computations are made for the cases with and without a body in the sediment pocket.
This paper proposes a novel approach to model updating for a large-scale cable-stayed bridge based on ambient vibration tests coupled with a hybrid metaheuristic search algorithm. Vibration measurements are carried out under excitation sources of passing vehicles and wind. Based on the measured structural dynamic characteristics, a finite element (FE) model is updated. For long-span bridges, ambient vibration test (AVT) is the most effective vibration testing technique because ambient excitation is freely available, whereas a forced vibration test (FVT) requires considerable efforts to install actuators such as shakers to produce measurable responses. Particle swarm optimization (PSO) is a famous metaheuristic algorithm applied successfully in numerous fields over the last decades. However, PSO has big drawbacks that may decrease its efficiency in tackling the optimization problems. A possible drawback of PSO is premature convergence leading to low convergence level, particularly in complicated multi-peak search issues. On the other hand, PSO not only depends crucially on the quality of initial populations, but also it is impossible to improve the quality of new generations. If the positions of initial particles are far from the global best, it may be difficult to seek the best solution. To overcome the drawbacks of PSO, we propose a hybrid algorithm combining GA with an improved PSO (HGAIPSO). Two striking characteristics of HGAIPSO are briefly described as follows: (1) because of possessing crossover and mutation operators, GA is applied to generate the initial elite populations and (2) those populations are then employed to seek the best solution based on the global search capacity of IPSO that can tackle the problem of premature convergence of PSO. The results show that HGAIPSO not only identifies uncertain parameters of the considered bridge accurately, but also outperforms than PSO, improved PSO (IPSO), and a combination of GA and PSO (HGAPSO) in terms of convergence level and accuracy.
As unmanned underwater systems have recently emerged, a high-speed underwater channel modeling technique, which is one of the most important techniques in the system, has received a lot of attention. In this paper, we proposed a high-speed sound propagation model and verified the applicability through quantitative performance analyses. We used a high-order finite difference method (FDM) for wave propagation modeling in the water, and a domain decomposition method was adopted using multiple general-purpose graphics processing units (GPUs) to increase the calculation efficiency. We compared the results of the model we proposed with the analytic solution in the half-infinite media and results of the Virtual Timeseries Experiment (VirTEX) model, which is based on the ray method. Finally, we analyzed the performance of the model quantitatively using numerical examples. Through quantitative analyses of the improvement in computational performance, we confirmed that the computational speed increases linearly as the number of GPUs increases. The computation times are increased by 2 times and 8 times, respectively, when the domain size of computation and the maximum frequency are doubled. We expect that the proposed high-speed underwater channel modeling technique is able to contribute to the enhancement of national defense as an underwater communication channel model and analysis tool to develop the underwater communication technique for the unmanned underwater system.
For an optimal design of automotive electric system, it is important to have a reliable modeling tool to predict the charge-discharge behaviors of the automotive battery. In this work, a two-dimensional modeling was carried out to predict the charge-discharge behaviors of a 12-V automotive lead-acid battery. The model accounted for electrochemical kinetics and ionic mass transfer in a battery cell. In order to validate the modeling, modeling results were compared with the experimental data of the charge-discharge behaviors of a lead-acid battery. The discharge behaviors were measured with three different discharge rates of C/5, C/10, and C/20 at operating temperature of $25^{\circ}C$. The batteries were charged with constant current of 30A until the charging voltage reached to a predetermined value of 14.24 V and then the charging voltage was kept constant. The discharge and charge curves from the measurements and modeling were in good agreement. Based on the modeling, the distributions of the electrical potentials of the solid and solution phases, the porosity of the electrodes, and the current density within the electrodes as well as the acid concentration can be predicted as a function of charge and discharge time.
An innovative application of surfactant-enhanced air sparging(SEAS) technique was developed in this study. Using a laboratory-scale physical model packed with water-saturated sand, air sparging was implemented to remove water-dissolved toluene that was introduced into a specific depth of the system with finite vertical width prior to sparging. An anionic surfactant(Sodium dodecylbenzene sulfonate) was introduced into the contaminated layer as in dissolved form in the toluene-contaminated solution for SEAS, whereas no surfactant was applied in the control experiment. Due to the suppressed surface tension of water in the surfactant(and toluene)-containing region, the toluene removal rate increased significantly compared to those without surfactant. More than 70% of the dissolved toluene was removed from the contaminated layer for SEAS application while less than 20% of toluene was removed for the experiment without surfactant. Air intrusion into the contaminated layer during sparging was found to be more effective than that without surfactant, enhancing air contact with toluene-contaminated water, which resulted in improved volatilization of contaminant. This new method is expected to open a new option for remediation of VOC(volatile organic compound)-contaminated aquifer.
NEXTSat-1 is the next-generation small-size artificial satellite system planed by the Satellite Technology Research Center(SatTReC) in Korea Advanced Institute of Science and Technology(KAIST). For the control of attitude and transition of the orbit, the system has adopted a RHM(Resisto-jet Head Module), which has a very simple geometry with a reasonable efficiency. An axisymmetric model is devised with two coil-resistance heaters using xenon(Xe) gas, and the minimum required specific impulse is 60 seconds under the thrust more than 30 milli-Newton. To design the module, seven basic parameters should be decided: the nozzle shape, the power distribution of heater, the pressure drop of filter, the diameter of nozzle throat, the slant length and the angle of nozzle, and the size of reservoir, etc. After quasi one-dimensional analysis, a theoretical value of specific impulse is calculated, and the optima of parameters are found out from the baseline with a series of multi-physical numerical simulations based on the compressible Navier-Stokes equations for gas and the heat conduction energy equation for solid. A commercial code, COMSOL Multiphysics is used for the computation with a FEM (finite element method) based numerical scheme. The final values of design parameters indicate 5.8% better performance than those of baseline design after the verification with all the tuned parameters. The present method should be effective to reduce the time cost of trial and error in the development of RHM, the thruster of NEXTSat-1.
Kim, C.;Kim, E. S.;Kim, J. H.;Choi, J. C.;Park, Y. S.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.656-660
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2002
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. Pressure vessels using this composite material in comparison with conventional metal vessels can be applied in the field where lightweight and the high pressure is demanded from the defense and aerospace industry to rocket motor case due to the merits which are energy curtailment by the weight reduction and decrease of explosive damage precede to the sudden explosion which is generated by the pressure leakage condition. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding composite pressure vessel receiving an internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS 5.7.1, the general commercial program, which is verified as the accuracy and useful characteristic of the solution based on Auto LISP and ANSYS APDL. Both the preprocessor for doing exclusive analysis of filament winding composite pressure vessel and postprocessor that simplifies result of analysis have been developed to help the design engineers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.9
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pp.933-941
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2014
This paper provides a comparison between the Krylov subspace method (KSM) and modal truncation method (MTM), which are typical projection-based model order reduction methods. The frequency responses are compared to determine the numerical accuracies and efficiencies. In order to compare the numerical accuracies of the KSM and MTM, the frequency responses and relative errors according to the order of the reduced model and frequency of interest are studied. Subsequently, a numerical examination shows whether a reduced order can be determined automatically with the help of an error convergence indicator. As for the numerical efficiency, the computation time needed to generate the projection matrix and the solution time to perform a frequency response analysis are compared according to the reduced order. A finite element model for a car suspension is considered as an application example of the numerical comparison.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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