International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.315-323
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2010
This work investigates the influence of water compressibility on pressure pulsations induced by rotor-stator interaction (RSI) in hydraulic machinery, using the commercial CFD solver ANSYS-CFX. A pipe flow example with harmonic velocity excitation at the inlet plane is simulated using different grid densities and time step sizes. Results are compared with a validated code for hydraulic networks (SIMSEN). Subsequently, the solution procedure is applied to a simplified 2.5-dimensional pump-turbine configuration in prototype with different speeds of sound as well as in model scale with an adapted speed of sound. Pressure fluctuations are compared with numerical and experimental data based on prototype scale. The good agreement indicates that the scaling of acoustic effects with an adapted speed of sound works well. With respect to pressure fluctuation amplitudes along the centerline of runner channels, incompressible solutions exhibit a linear decrease while compressible solutions exhibit sinusoidal distributions with maximum values at half the channel length, coinciding with analytical solutions of one-dimensional acoustics. Furthermore, in compressible simulation the amplification of pressure fluctuations is observed from the inlet of stay vane channels to the spiral case wall. Finally, the procedure is applied to a three-dimensional pump configuration in model scale with adapted speed of sound. Normalized Pressure fluctuations are compared with results from prototype measurements. Compared to incompressible computations, compressible simulations provide similar pressure fluctuations in vaneless space, but pressure fluctuations in spiral case and penstock may be much higher.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.6
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pp.586-594
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2009
This paper is the study on random, sinusoidal and shock vibration responses for the STSAT-3(science and technology satellite-3) proto-model which is the first small size all-composite satellite in Korea. The structure system of the STSAT-3 forms box type structure by joining several hybrid sandwich panels comprised of honeycomb core and carbon fiber reinforced laminated composite skins on both side. Mode shape, stress, displacement and acceleration responses are obtained on both the frequency domain and time domain by means of a commercial FEA software MSC/NASTRAN. From these analysis results, failure, safety factor and design validity are assessed. These results can be successfully applicable as reference data when a new satellite is developed as well as giving out an excellent criteria in satellite vibration treatment design.
Structural Health Monitoring (SHM) is the science and technology of monitoring and assessing the condition of aerospace, civil and mechanical infrastructures using a sensing system integrated into the structure. Impedance-based SHM measures impedance of a structure using a PZT (Lead Zirconate Titanate) patch. This paper presents a low-power wireless autonomous and active SHM node called Autonomous SHM Sensor 2 (ASN-2), which is based on the impedance method. In this study, we incorporated three methods to save power. First, entire data processing is performed on-board, which minimizes radio transmission time. Considering that the radio of a wireless sensor node consumes the highest power among all modules, reduction of the transmission time saves substantial power. Second, a rectangular pulse train is used to excite a PZT patch instead of a sinusoidal wave. This eliminates a digital-to-analog converter and reduces the memory space. Third, ASN-2 senses the phase of the response signal instead of the magnitude. Sensing the phase of the signal eliminates an analog-to-digital converter and Fast Fourier Transform operation, which not only saves power, but also enables us to use a low-end low-power processor. Our SHM sensor node ASN-2 is implemented using a TI MSP430 microcontroller evaluation board. A cluster of ASN-2 nodes forms a wireless network. Each node wakes up at a predetermined interval, such as once in four hours, performs an SHM operation, reports the result to the central node wirelessly, and returns to sleep. The power consumption of our ASN-2 is 0.15 mW during the inactive mode and 18 mW during the active mode. Each SHM operation takes about 13 seconds to consume 236 mJ. When our ASN-2 operates once in every four hours, it is estimated to run for about 2.5 years with two AAA-size batteries ignoring the internal battery leakage.
Lu, Lei;Fermandois, Gaston A.;Lu, Xilin;Spencer, Billie F. Jr.;Duan, Yuan-Feng;Zhou, Ying
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.589-613
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2019
Cables are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Recently, negative stiffness dampers have gained attentions, because of their promising energy dissipation ability. The viscous inertial mass damper (termed as VIMD hereinafter) can be viewed as one realization of the inerter. It is formed by paralleling an inertial mass part with a common energy dissipation element (e.g., viscous element) and able to provide pseudo-negative stiffness properties to flexible systems such as cables. A previous study examined the potential of IMD to enhance the damping of stay cables. Because there are already models for common energy dissipation elements, the key to establish a general model for IMD is to propose an analytical model of the rotary mass component. In this paper, the characteristics of the rotary mass and the proposed analytical model have been evaluated by the numerical and experimental tests. First, a series of harmonic tests are conducted to show the performance and properties of the IMD only having the rotary mass. Then, the mechanism of nonlinearities is analyzed, and an analytical model is introduced and validated by comparing with the experimental data. Finally, a real-time hybrid simulation test is conducted with a physical IMD specimen and cable numerical substructure under distributed sinusoidal excitation. The results show that the chosen model of the rotary mass part can provide better estimation on the damper's performance, and it is better to use it to form a general analytical model of IMD. On the other hand, the simplified damper model is accurate for the preliminary simulation of the cable responses.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2A
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pp.155-162
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2009
This paper deals with the strongest beams with the solid regular polygon cross-section, whose volumes are always held constant. The differential equation of the elastic deflection curve of such beam subjected to the concentrated and trapezoidal distributed loads are derived and solved numerically. The Runge-Kutta method and shooting method are used to integrate the differential equation and to determine the unknown initial boundary condition of the given beam. In the numerical examples, the simple beams are considered as the end constraint and also, the linear, parabolic and sinusoidal tapers are considered as the shape function of cross sectional depth. As the numerical results, the configurations, i.e. section ratios, of the strongest beams are determined by reading the section ratios from the numerical data related with the static behaviors, under which static maximum behaviors become to be minimum.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.3A
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pp.251-258
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2009
This paper deals with the strongest beams with the solid regular polygon cross-section, whose volumes are always held constant. The differential equation of the elastic deflection curve of such beam subjected to the concentrated and trapezoidal distributed loads are derived and solved by using the double integration method. The Simpson's formula was used to numerically integrate the differential equation. In the numerical examples, the clamped-clamped and clamped-hinged ends are considered as the end constraints and the linear, parabolic and sinusoidal tapers are considered as the shape function of cross sectional depth. As the numerical results, the configurations, i.e. section ratios, of the strongest beams are determined by reading the section ratios from the numerical data obtained in this study, under which static maximum behaviors become to be minimum.
A standard air flow generator system was developed to generate air flows of various levels simultaneously applied to two different air flow transducer modules. Axes of two identical standard syringes for spirometer calibration were connected with each other and driven by a servo-motor. Linear displacement transducer was also connected to the syringe axis to accurately acquire the volume change signal. The user can select either sinusoidal or square waveform of volume change and manually input any volume as well as maximal flow rate levels ranging 0~3 l and 0~15 l/s, respectively. Various volume and flow levels were input to operate the system, then the volume signal was acquired followed by numerical differentiation to obtain the air flow signal. The measured volumes and maximal air flow rates were compared with the user input data. The relative errors between the user-input and the measured stroke volumes were all within 0.5%, demonstrating very accurate driving of the system. In case of the maximal flow rate, relatively large error was observed when the syringe was driven very fast within a very short time duration. However, except for these few data, most measured flow rates revealed relative errors of approximately 2%. When the measure and user-input stroke volume and maximal flow rate data were analyzed by linear regression analysis, respectively, the correlation coefficients were satisfactorily higher than 0.99 (p < 0.0001). These results demonstrate that the servo-motor controls the syringes with enough accuracy to generate standard air flows. Therefore, the present system would be very much practical for calibration process as well as performance evaluation and comparison of two different air flow transducer modules.
Lee H. R.;Han J. Y.;Cho M. H.;Im C. H.;Jung H. K.;Lee S. Y.
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.7
no.2
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pp.108-115
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2003
Purpose : To evaluate the effect of the gradient switching noise on the ECD source localization with the EEG data recorded during the MRI scan. Materials and Methods : We have fabricated a spherical EEG phantom that emulates a human head on which multiple electrodes are attached. Inside the phantom, electric current dipole(ECD) sources are located to evaluate the source localization error. The EEG phantom was placed in the center of the whole-body 3.0 Tesla MRI magnet, and a sinusoidal current was fed to the ECD sources. With an MRI-compatible EEG measurement system, we recorded the multi channel electric potential signals during gradient echo single-shot EPI scans. To evaluate the effect of the gradient switching noise on the ECD source localization, we controlled the gradient noise level by changing the FOV of the EPI scan. With the measured potential signals, we have performed the ECD source localization. Results : The source localization error depends on the gradient switching noise level and the ECD source position. The gradient switching noise has much bigger negative effects on the source localization than the Gaussian noise. We have found that the ECD source localization works reasonably when the gradient switching noise power is smaller than $10\%$ of the EEG signal power. Conclusion : We think that the results of the present study can be used as a guideline to determine the degree of gradient switching noise suppression in EEG when the EEG data are to be used to enhance the performance of fMRI.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.489-496
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2019
This paper is a study on the evaluation of loss factor of damping treatment materials to reduce the noise and vibration for panels of railway vehicles and automobiles. In order to determine the modal parameters of damping materials, beam excitation tests were carried out using different type PVC coated aluminum and steel base beam specimens. The specimens were excited from 10 Hz to 1000 Hz frequency range using sinusoidal force, and transfer mobility data were measured by using an accelerometer. The loss factors were determined by using integrated program, based on theories of Half Power Method, Minimum Tangent Error Method, Minimum Angle Error Method and Phase Change Method, which enable to evaluate the parameters using modal circle fit and least squares error method. In the case of lower loss factor and data of linear characteristics, any method could be applied for evaluation of parameters, however the case of higher loss factor or data including non-linear characteristics, the minimum angle error method could reduce the loss factor evaluation. The obtained dynamic properties of the coating material could be used for application of Finite Element Method analyzing the noise control effects of complex structures such as carbody or under-floor boxes of rolling stock. The damping material will be very useful to control the structural noise, because the obtained modal loss factors of each mode show very good effect on over $2^{nd}$ mode frequency range.
Water consumption characteristics on the northern part of Seoul were analyzed using wavelet transform with a base function of Coiflets 5. It turns out that long term evolution mode detected at 212 scale in 1995 was in a shape of hyperbolic tangent over the entire period due to the development of Sanggae resident site. Furthermore, there was seasonal water demand having something to do with economic cycle which reached its peak at the ends of June and December. The amount of this additional consumption was about $1,700\;\textrm{cm}^3/hr$ on June and $500\;\textrm{cm}^3/hr$ on December. It was also shown that the periods of energy containing sinusoidal component were 3.13 day, 33.33 hr, 23.98 hr and 12 hr, respectively, and the amplitude of 23.98 hr component was the most humongous. The components of relatively short frequency detected at $2^i$[i = 1,2,…12] scale were following Gaussian PDF. The most reliable predictive models are multiple AR[32,16,23] and ARMA[20, 16, 10, 23] which the input of temperature from the view point of minimized predictive error, mutual independence or residuals and the availableness of reliable meteorological data. The predicted values of water supply were quite consistent with the measured data which cast a possibility of the deployment of the predictive model developed in this study for the optimal management of water supply facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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