In recent automated manufacturing systems, compressed air-based pneumatic cylinders have been widely used for basic perpetration including picking up and moving a target object. They are relatively categorized as small machines, but many linear or rotary cylinders play an important role in discrete manufacturing systems. Therefore, sudden operation stop or interruption due to a fault occurrence in pneumatic cylinders leads to a decrease in repair costs and production and even threatens the safety of workers. In this regard, this study proposed a fault detection technique by developing a time-variant deep learning model from multivariate sensor data analysis for estimating a current health state as four levels. In addition, it aims to establish a real-time fault detection system that allows workers to immediately identify and manage the cylinder’s status in either an actual shop floor or a remote management situation. To validate and verify the performance of the proposed system, we collected multivariate sensor signals from a rotary cylinder and it was successful in detecting the health state of the pneumatic cylinder with four severity levels. Furthermore, the optimal sensor location and signal type were analyzed through statistical inferences.

Hydraulic cylinders are hydraulic system parts widely used in various industries such as construction machinery, machine tools, robots, automobiles, and automation systems. The maximum capacity of vane pumps used in machine tools is 70bar, but the actual operating pressure is less than 50bar. The allowable pressure of a commercial hydraulic cylinder is 140 - 210 bar, so it is heavy and uneconomical because it uses thick and strong materials. In this paper, we intend to develop a small and lightweight hydraulic cylinder suitable for the allowable pressure of 50bar or less so that it can be used in the hydraulic system field. In order to develop a compact hydraulic cylinder, flow analysis, and structural analysis were conducted under piston forward and backward conditions. The analyzed flow rate value was calculated to be suitable for the operation of the hydraulic cylinder. As a result of comparing the stress calculated under the forward/backward condition of the piston with the yield stress of the material, the safety factor was calculated to be more than 2.5.

In this study, in order to review the structural stability of a Sub-frame assembly mounted on a 5-ton dump truck with a telescopic cylinder type that can secure price competitiveness through cost reduction effect and an extended loading box that satisfies automobile safety standards, the 3D shape design technique for a main component parts is presented. In addition, structural analysis based on the finite element method is performed with the load condition applied to a safety factor 3.0 and boundary condition assigned to the lower part of the Sub-frame. By comparing and examining the maximum stress result from the structural analysis of the entire Sub-frame assembly and individual component and a yield strength of each material applied to each component, a design technique that can assure the structural stability of the Sub-frame assembly is presented.

CFD was used to study the change in the operation of the governor to check the effect of response delay due to residual air in the governor cylinder, which adjusts the pump RPM of the Turbine Driven Aux. Feed Water Pump(TD AFWP) in the Nuclear power plant. As a result of analysis, as the amount of internal air increased, the time delay also increased proportionally, and a time delay of up to 0.2 sec. occurred. As in the theory, it was confirmed that the cylinder operation delay occurred depending on the presence or absence of a compressive fluid such as air, but the time delay wat not enough to significantly affect the pump operation.

In this work, the results obtained from the simulation of sedimentation of an elliptical cylinder in a viscous fluid are presented. The fluid flow velocity and pressure fields are evaluated by the famous lattice Boltzmann method (LBM). A smoothed profile method (SPM) is considered to enforce the no-slip boundary condition at the curved boundaries of the elliptical cylinder. The coupling between LBM LBM: Lattice Boltzmann Method and SPM SPM: Smoothed Profile Method is done by adding a hydrodynamic force term to the discretized version of the lattice Boltzmann equation. At first, the developed numerical code is validated by applying it to the unbounded laminar flow over an elliptical cylinder for different values of Reynolds number, Re. Later, simulations are carried out for sedimentation of an elliptical particle in a closed enclosure by considering different values for Re defined by terminal settling velocity of the cylinder. The robustness and accuracy of present simulation technique is assessed by comparing the particle trajectories and orientations obtained at different Re with the results from the existing literature. It is observed that, over a period of time, the particle attains steady state constant velocity and sediments horizontally when Re is low (Re=1.9) and moderate (Re=12.6). Whereas, an oscillating pattern for the sedimentation velocity is observed when Re is 32.9.

본 연구에서는 2D 조파수조를 통해 수행된 모형시험결과를 기반으로 원형실린더에 분포하는 파랑충격압력을 시간에 따라 계측하고 이를 CFD해석 결과와 비교하였다. 전산유체역학 해석을 통해 파랑충격력에 직접평가법에 관한 효용성을 확인할 수 있었고, 실험으로부터 구한 파랑충격 시계열 데이터를 그대로 원형단면을 갖는 실제 해양구조물의 부재에 적용하였다. 실린더에 분포하는 변위 및 응력의 특성과 특이점이 바뀌는 것을 확인하였고 실제 시계열을 적용하는 것이 해양구조물의 강도평가를 보다 정확하게 평가할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 선수부에 요구되는 외판의 최소선급규정에 따른 두께 경험식들을 분석하여 적용하고자 하였다. 동일한 재료 물성치를 갖는 강재에 관해 선수외판에 요구되는 구조물의 최소두께와 원형단면 부재에 요구되는 최소두께를 비교·분석하였고 이를 통해 NORSOK standard에 제시되어 있는 구조물의 손상기준을 활용하여 허용 두께치를 추정하고자 하였다. 특히 해양구조물의 갑판충격력(wave in deck)의 경우 이와 관련된 경험식이나 최소두께 요구사항들이 정립되어 있지 않기 때문에 본 연구를 통해 파랑충격력에 따라 요구되는 판재의 최소두께를 제안하고자 하였다.

본 논문에서는 건물, 교량 및 해양구조물에 많이 적용되는 기본적인 형상인 벽면에 부착되어 있는 사각실린더 주변의 유동에 대해, 3개의 난류모델(v2-f 모델, k-ω 모델, k-ε 모델)을 적용하여 URANS 수치해석을 각각 수행하고, 그 결과를 비교하였다. 이 유동 은 물체의 모서리에서 발생하는 칼만와(karman vortex) 때문에 본질적으로 강한 비정상성을 가지고 있으며, 물체의 후류 영역에서도 매우 복잡한 유동구조를 가지고 있다고 알려져 있다. 3개의 난류모델이 적용된 수치해석으로부터 예측되는 평균 유동장과 지배적인 유동 의 주파수를 Wang et al.(2004; 2006)의 실험결과와 비교하였다. 비교 결과, v2-f 모델이 적용된 URANS 결과가 실험결과와 가장 유사한 결과를 보여주었고, k-ω 모델도 우수한 결과를 보인 반면, k-ε 모델은 본 대상 유동에 적용하기에 부족함을 확인하였다. 따라서 강한 박리가 존재하는 유동의 해석 시에는 v2-f 모델은 좋은 선택이다. 그리고 유동의 박리 제어를 위한 연구에 활용될 것으로 기대된다.

풍방향 공력감쇠는 항상 정감쇠 형태로 나타나기 때문에 구조물 진동을 더욱 안정화하는 경향이 있다. 준정상 가정에 의하여 공력감쇠를 예측할 수 있는 이론적 모델은 풍방향 공력감쇠의 발현특성을 모사하고, 발현에 영향을 미치는 영향인자를 설명하고 있다. 본 연구에서는 공탄성 실험을 통해 얻어진 계측응답으로부터 추정된 풍방향 감쇠를 이론적 풍방향감쇠와 비교하여 준정상 가정으 로부터 구해진 이론적 모델의 정합성을 평가하였다. 풍방향 감쇠는 최신 개발된 시스템 식별기술인 가상동적가진기에 의한 방법을 이 용하여 구한다. 본 연구결과로부터 풍방향 공력감쇠는 준정상가정에 의한 이론적 모델과의 차이를 보이며, 이것은 주로 높이별, 평균 풍속에 따른 난류강도의 크기에 의하여 영향을 받는 것으로 나타났다.

Engine components subjected to cyclic thermal and mechanical loads may experience low-cycle or high-cycle fatigue failures. In particular, both of these failures can easily occur in aluminum cylinder heads, which are exposed to high temperatures and combustion pressures. Predicting the fatigue characteristics of the cylinder head are very important in the design stage of engine development. In this study, a finite element analysis was performed to predict the low-cycle thermal fatigue around exhaust ports of the cylinder head. Temperature distributions are obtained through the heat transfer analysis considering thermal cyclic test. The analysis result involves large plastic deformations, indicating compressive stresses at high temperatures and subsequently turn into tensile stresses at cold conditions. And the results showed that the critical regions such as exhaust port with large plastic strains coincided well with crack locations from thermal cyclic test. Next, design changes were made to the critical areas of the exhaust ports, and the results showed that the durability was improved by about 60% over the initial model and there were no problems in the thermal fatigue test.

지난 50여 년간의 연구를 통해서 와류진동의 발생메커니즘과 폭 넓은 이해를 위한 수학적 모델이 제시된바 있으나 대부분 실 험적 고찰과 경험적 모델에 기반한 현상학적인 접근이 주로 이루어졌다. 와류진동과 그에 수반된 독특한 현상, 유체의 흐름과 구조물의 상호작용에 내포되어 있는 복합성과 난해성은 지금도 많은 연구자들의 관심을 불러일으키고 있으며, 와류진동에 대한 원초적인 발생원인 규명에 대한 새로운 도전이 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구에서는 하중식별법에 의해 와류하중을 직접 추출하고 스펙트럼 형상분석을 통하여 와류하중을 구성하는 요소하중을 도출하는 과정을 보였다. 와류진동을 구성하는 요소하중은 구조물의 속도가 공력 감쇠에 의하여 피드백되는 하중, 와의 발생에 의한 하중(스트로할 성분에 의한 순수와류하중), 풍직각방향 버펫팅 하중으로 구분됨을 알 수 있었다. 각 요소 하중이 구조물 응답에 미치는 영향을 분석하여 본 연구에서 제시된 와류하중 모델도출법의 정합성을 보임으로서, 모델 구축방법의 타당성을 제시하였다. 이들 요소하중에 대한 정량적인 수학적 모델의 정립을 위해서는 피드백하중의 공력감쇠예측, 순수와류하중 스펙트럼의 정량적인 분포와 그 크기 예측, 버펫팅 하중의 스펙트럼 성상 예측이 이루어져야 한다. 이를 위해 풍동실험, 실계측과 같은 현상학적인 접근방법과 유체 흐름의 정형화된 수학적 모델인 나비에-스톡스 방정식과 연계된 CFD 해석을 병행하여 와류하중을 구성하는 요소하중들에 대한 정량화된 수학적 모델의 정립이 요구된다.

공력감쇠는 와류에 의한 풍직각방향의 응답을 평가하는데 매우 유용한 인자로 인식되어 왔다. 그러나 기존의 공력감쇠 산정 방식은 구조물 응답에 기반한 시스템 식별기술을 적용하는 것으로 와류하중속에 포함되어 있는 공력감쇠의 역할과 특성을 파악하는 데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 하중식별기술을 적용하여 와류하중을 직접적으로 구함으로써 와류하중을 구성하는 요소와 유발요인을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 대기 경계층에서 원형 실린더 모델에 대한 공탄성 실험을 수행하여 풍직각방향 와류하중 을 추정하였으며 그로부터 공력감쇠의 특성을 분석하였다. 분석결과, 와류하중은 구조물 모달속도가 공력감쇠에 의해 풍하중으로 전 환되는 모달속도하중과 변동풍속에 의해 형성되는 순수 와류하중으로 구성되는 것으로 나타났다. 공력감쇠는 최상층 평균풍속에 의한 와류방출진동수가 구조물의 고유진동수에 근접하면서 부감쇠를 가지며 그 결과 총 감쇠가 작아져 응답증폭현상을 유발하는 것으로 파악되었다. 본 연구결과에 기초하면, 난류상태에서 와류하중 특성이 반영된 와류하중모델 구축이 가능할 것으로 사료되며, 구조물 풍직 각방향 진동을 보다 효과적으로 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

An interference fit is a fastening between two parts which is achieved by friction after the parts are pushed together, rather than by any other means of fastening. A fit is depending on which part has its size controlled to determine the fit. To select an amount of interference see KS standard tables for class from light to heavy drive fits. The aim of this paper is to find the optimal gap under the interference fit with lowest contact pressure to the two cylinders. To accurately determine the amount of interference clearance, must consider the fluctuation of the response parameters such as contact pressure, displacements and stresses. The response of the cylinder system is modelled with the probabilistic finite element method using the Monte Carlo simulation. The probabilistic design is carried out using ANSYS probabilistic design software. And then the optimal design of the interference gap is sequentially solved to find the solution. The practical optimal design is proposed for the design of the interference fit system. The numerical results are obtained where the displacements and stresses treated as constraints.

대부분의 소비자들이 질 좋은 음식을 선호하기 때문에, 농장에서는 소비자들의 욕구를 충족시키기 위해 다양한 시설을 이용하고 있다. 가장 대표적인 시설은 플라스틱 온실과 유리온실이다. 국내의 플라스틱 온실 과 유리 온실의 측고는 3m 내외이다. 결과적으로 작물의 생산성이 제한되고, 이를 해결하기 위해서는 기둥의 높이를 증가시켜 온실의 측고를 높이는 것이다. 온실 기둥상승 장치는 멈춤장치, 공압 실린더 및 수직 부재 등으로 구성된다. 공압 실린더는 안전계수 1.5를 고려하여 직경 160mm와 행정길이 50mm로 설계하였으며, 노즐을 통하여 공기의 압력을 제어하였다. 1행정 시간을 30초 내외로 설계하기 위해서는 21.5L·min-1 공기가 필요한 것으로 나타났다. 따라서 노즐의 직경은 0.5mm로 설계하였다. 압력이 0.9 MPa일 때 평균 인상력은 13,805N으로 계산된 값 15,612N에 근접하였다. 현장 시험결과 같은 열의 기둥과 오차가 발생하지 않았으며, 실제 유리 및 플라스틱 온실에 적용 가능한 것으로 판단되었다

An AVL research engine, type 520, is modified to adapt to the 3.5L four-valve SI engine. With these given engine configurations, a test rig is constructed which allows easy changing of the different pistons and engine heads with a motoring capacity up to 3500 rpm. Nearly complete optical access to the inside of the cylinder is obtained by installing a transparent quartz cylinder on an AVL single cylinder engine. To avoid lubrication and to minimize scratches in the quartz cylinder the piston rings are made of Rulon-LD. With this experimental engine, researches for the in-cylinder flow characteristics by changing the induction system have been carried out using the laser based flow diagnostic techniques. In accordance with the previous result, it is evident that larger sized particles would be required in order to observe the flow characteristics of interest. The flow visualization taken with microballoon particles shows significant improvement. This provide detailed information.

곡률을 갖고 있는 쉘 부재들은 선박 및 육상구조 내에서 캠버와 선수, 선미, 파이프 및 저장용 탱크에 주로 사용되고 있다. 이러한 곡률 쉘 부재들은 기본적으로 원통형 실린더 부재의 일부라고 간주할 수 있다. 일반적으로 곡률의 존재는 압축하중 작용 시 좌굴강 도 및 최종강도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 이러한 영향을 확인하기 위하여 탄성대변형 시리즈해석을 수행하였으며, 매개변수의 영향을 분석하였다. 실린더의 최종강도 거동은 초기처짐과 해석모델링 방법에 큰 영향을 받는 것을 확인하였다.

기류흐름에 의한 다양한 진동현상이 구조물에 발생한다. 이중 와류에 의한 진동은 구조물의 고유진동수와 일치하는 와류의 방출진동수에서는 Lock-in 현상에 의해 큰 진동을 유발하며 구조물에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나 대부분의 와류 현상은 등류에서 관찰되는 현상을 대상으로 이루어졌다. 본 연구에서는 대기 경계층에서 높이에 따라 풍속이 변화하는 난류에 의하여 구조물에 발생하는 와류의 영향을 풍동실험을 통하여 평가하였다. 탄성체 모형실험으로부터 계측된 가속도로부터 하중추정법을 이용 하여 와류진동을 발생시키는 1차 모드 와류하중을 추정하였으며 그 특성을 분석하였다. 추정된 와류하중의 스펙트럼을 보면 구조물 최상층 풍속의 약 88-90%에 해당하는 풍속에서 와류방출진동수가 두드러지게 나타나면서 피크를 형성하는 것으로 나타났다. 또한, 풍 속이 점차 증가할수록 와류하중의 스펙트럼의 진동수범위가 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 난류에 의한 와류하중을 특성을 반영 하면 초고층 구조물 등에 발생하는 풍직각 방향의 진동현상을 보다 효과적으로 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.