International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.1
no.2
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pp.64-69
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2009
The two-dimensional unsteady flow around a vertical axis turbine for tidal stream energy conversion was investigated using a computational fluid dynamics tool solving the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. The geometry of the turbine blade section was NACA653-018 aiifoil. The computational analysis was done at several different angles of attack and the results were compared with the corresponding experimental data for validation and calibration. Simulations were then carried out for the two-dimensional cross section of a vertical axis turbine. The simulation results demonstrated the usefulness of the method for the typical unsteady flows around vertical axis turbines. The optimum turbine efficiency was achieved for carefully selected combinations of the number of blades and tip speed ratios.
In the present study, an efficient method for the optimum design of three-dimensional (3D) steel framed structures is proposed. In this method, in addition to choosing the best position of columns based on architectural requirements, the optimum cross-sectional dimensions of elements are determined. The preliminary design variables are considered as the number of columns in structural plan, which are determined by a direct optimization method suitable for discrete variables, without requiring the evaluation of derivatives. After forming the geometry of structure, the main variables of the cross-sectional dimensions are evaluated, which satisfy the design constraints and also achieve the least-weight of the structure. To reduce the number of finite element analyses and the overall computational time, a new third order approximate function is introduced which employs only the diagonal elements of the higher order derivatives matrices. This function produces a high quality approximation and also, a robust optimization process. The main feature of the proposed techniques that the higher order derivatives are established by the first order exact derivatives. Several examples are solved and efficiency of the new approximation method and also, the proposed method for the best position of columns in 3D steel framed structures is discussed.
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 Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.12
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pp.871-876
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2014
Efficiency of crystalline Si solar cell can be maximized as minimizing optical loss through antireflection texturing with inverted pyramids. Even if cost-competitive, soft lithography can be employed instead of photolithography for the purpose, some limitations still remain to apply the soft lithography directly to as-received solar grade wafer with a bunch of micro trenches on surface. Therefore, it is needed to develop a low-cost, effective planarization process and evaluate its output to be applicable to patterning process with PDMS stamp. In this study new surface planarization process is proposed and the change of micro scale trenches on the surface as a function of etching time is observed. Also, the effect of trenches on pattern quality by soft lithography is investigated using FEM structural analysis. In conclusion it is clear that the geometry and shape of trenches would be basic considerations for soft lithography application to low quality wafer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2008-2017
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2002
Joint structure of a transducer horn-holder assembly fur a wire bonder was examined through FEM contact analysis. A three dimensional modeling and analysis was carried out to survey the internal physics of this structure and to prove the accuracy of a computation compared to a measurement. After validation, a simple two dimensional model was built fur various parametric study considering the efficiency and speed of the computation. Several factors such as boundary conditions, a modeling boundary, mesh density and so on, were considered to obtain consistency with three dimensional analysis. An arc angle and a position of each holder boss were chosen as design parameters. A design of experiment was applied to find out an optimized design of the holder geometry. As a result, a guideline for holder boss design was suggested and main factors and their influence on stress concentration in the transducer horn were surveyed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.5
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pp.131-141
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2004
In this study a 3-D automatic die design supporting system for a bonnet panel has been developed using Pro/ROGRAM of the widespread CAD software Pro/ENGINEER A standard drawing die was defined in terms of the punch profile, the die face geometry, and the blank sheet size. The strip layout of a trimming die was defined, in addition, in terms of the trimming line and the locations of scrap cutters. Necessary relations for each design step are formulated and rules for bottom-up type 3-D die design were set up for the automatic design of drawing and trimming dies of a bonnet. With the input geometric data of punch profile, die face, and blank sheet, this 3-D design supporting system could complete the basic design process, in case of the bonnet drawing die, in a time 78% shorter than that required by a typical 2-D CAD system. The new design system showed remarkable design efficiency also when it was applied to the case of redesign and modification of the previous standard output for a different car type.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.6
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pp.1004-1014
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2001
The fully automatic algorithm from initial finite element mesh generation to remeshing in two dimensional geometry is introduced using bubble packing method (BPM) for finite element analysis. BPM determines the node placement by force-balancing configuration of bubbles and the triangular meshes are made by Delaunay triangulation with advancing front concept. In BPM, we suggest two node-search algorithms and the adaptive/recursive bubble controls to search the optimal nodal position. To use the automatically generated mesh information in FEA, the new enhanced bandwidth minimization scheme with high efficiency in CPU time is developed. In the remeshing stage, the mesh refinement is incorporated by the control of bubble size using two parameters. And Superconvergent Patch Recovery (SPR) technique is used for error estimation. To verify the capability of this algorithm, we consider two elasticity problems, one is the bending problem of short cantilever beam and the tension problem of infinite plate with hole. The numerical results indicate that the algorithm by BPM is able to refine the mesh based on a posteriori error and control the mesh size easily by two parameters.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.148-156
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2003
Shaking table tests and pseudo-static analysis were performed, in this study, on newly-designed aseismatic L-type caisson quay walls, which were constructed by extending the bottom plate of gravity quay walls into the backfill soil. The L-type quay walls are expected to give economical benefits by reducing the cross-sectional area of the wall while maintaining its aseismatic efficiency as much as the classical caisson gravity quay wall. To confirm the effectiveness of the L-type structure, the geometry of L-type quay walls were varied for shaking table tests. And, to verify the influence of backfill soils on the seismic behavior of quay walls, additional shaking table tests were performed on the L-type quay wall after the backfill soils were replaced by gravels and light materials. As a result, it was found that L-type caisson quay walls are good earthquake resistant structures but increasing the length of bottom plate did not proportionally increase the effectiveness of the structure in its aseismatic performance. Replacing the backfill soils by the gravels and light materials, contrary to our expectation, was not an effective measure in improving the seismic performance of L-type caisson quay wall.
In this present paper, a semi-analytical mesh-free method is employed for the three-dimensional free vibration analysis of a bi-directional functionally graded piezoelectric circular structure. The dependent variables have been expanded by Fourier series with respect to the circumferential direction and have been discretized through radial and axial directions based on the mesh-free shape function. The current approach has a distinct advantage. The nonlinear Green-Lagrange strain is employed as the relationship between strain and displacement fields to observe thermal impacts in stiffness matrices. Nevertheless, high order terms have been neglected at the final steps of equations driving. The material properties are assumed to vary continuously in both radial and axial directions simultaneously in accordance with a power law distribution. The convergence and validation studies are conducted by comparing our proposed solution with available published results to investigate the accuracy and efficiency of our approach. After the validation study, a parametric study is undertaken to investigate the temperature effects, different types of polarization, mechanical and electric boundary conditions and geometry parameters of structures on the natural frequencies of functionally graded piezoelectric circular structures.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.247-254
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2008
The primary objective of this research is to develop an efficient design and optimization methodology for SRM Wagon Wheel Grain and to develop of software for practical designing and optimization of Wagon Wheel grains. This work will provide a design process reference guide for engineers in the field of Solid Rocket Propulsion. Using these proposed design methods, SRM Wagon Wheel grains can be designed for various geometries, their optimal solutions can be found and best possible configuration be attained thereby ensuring finest design in least possible iterations & time. The main focus is to improve computational efficiency at various levels of the design work. These have been achieved by the following way. a. Evaluation of system requirements and design objectives. b. Development of Geometric Model of Wagon Wheel grain configuration. c. Internal ballistic performance predictions. d. Preliminary designing of the Wagon Wheel grain configuration involving various independent geometric variables. e. Optimization of the grain configuration using Sequential Quadratic Programming f. In depth analysis of the optimal results considering affects of various geometric variables on ballistic parameters and analysis of performance prediction outputs have been performed g. Development of software for design and optimization of Wagon Wheel Grain. By using these proposed design methods, SRM Wagon Wheel grains can be designed by using geometric model, their optimal solutions can be found and best possible configuration be attained thereby ensuring finest design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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