Dynamic Substructuring for Evaluating Vibro-acoustic Performance

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2020. 8. 강연준.Generally, a mechanical system consists of various substructures that cause noise and vibration problems. This thesis proposes a dynamic substructuring method for the estimation of the dynamic characteristics of a coupled mechanical system based on substructure characteristics. The first phase of this thesis presents a method for the estimation of rotational stiffness at the coupled points of an assembled system based on a dynamic substructuring method. Conventional test-based rotational stiffness evaluation methods are sensitive to measurement errors and require a specialized jig for testing. In contrast, given that the proposed method uses the natural frequency shift phenomenon that results from the addition of mass, the measurement error is relatively small, and the accuracy is improved by excluding the interference of other modes. In addition, the proposed method solves the problem due to the complexity of the conventional method by changing the fixed condition of the system using frequency response function (FRF)-based substructuring (FBS) modeling; thus, it does not require a specialized jig for fixing parts. In this manuscript, the concepts of trial mass, virtual mass, and virtual spring are introduced to systematically explain the proposed method and its application based on frequency shifts. The results of the experiments conducted on a vehicle shock absorber verify the utility of the proposed method. In the second phase, a novel transfer path analysis (TPA) method based on a dynamic substructuring model is proposed. With the dynamic substructuring model, the FRF information of a base system can be used to evaluate the stiffness addition effect at the measurement points instead of adding the actual stiffness. In the proposed method, a spring with an infinite stiffness is virtually added to a specific transfer path among various possible paths, such that the specific path is removed. Hence, the virtual spring significantly reduces the contribution of the specific path. This method is more implementable and applicable than existing TPA methods (i.e., conventional TPA and operational TPA), as it does require part removal or the correlation information between the signals. To verify the feasibility of the FBS-based TPA method, it was applied to a significant road noise phenomenon. The test results confirm that the proposed method can be applied to the TPA of suspension linkages and vehicle bodies. In the final phase of this thesis, an improved dynamic substructuring model is presented based on the estimated FRF information at a coupling point between substructures. An assembled system generally consists of two or more such substructures, which are typically connected by a bolt. To ensure an accurate estimation of the dynamic characteristics of the assembled system, an accurate measurement of the joint properties is required. However, in most practical cases, physical constraints prevent such measurements at actual coupling points. Accordingly, this study proposes a method that uses generalized coupling properties to estimate the dynamic characteristics of a new coupling system based on the characteristics of the original substructure. In this process, the concept of virtual point transformation was used to estimate accurate FRFs at the coupling points of the assembled system based on convenient measurements. Thereafter, the proposed method was validated using a hard-mount vehicle suspension in a test jig and on an actual vehicle body for estimating the vibration characteristics of the assembled system. This research contributes towards the accurate estimation of the dynamic properties of bolt-assembled systems in several practical applications.일반적으로 기계시스템은 다양한 하위 부분구조물로 구성되며, 이들은 많은 소음 및 진동 문제를 야기한다. 본 논문은 이러한 하위 부분구조물의 동특성 정보만을 사용하여 전체 대상 시스템의 동적 특성을 추정하기 위한 동특성 합성기법을 다루고 있다. 먼저, 본 논문의 첫 장에서는, 동특성 합성기법을 활용한 결합 시스템의 회전 강성 추정 기법을 제시하였다. 기존 시험기반의 회전 강성 평가법들은 측정 오류에 민감 할 뿐 아니라, 측정을 위한 별도의 고정용 지그가 필요하다. 그러나, 본 연구에서 제시된 방법은 시스템에 부가되는 질량에 의한 고유 주파수 편이 현상을 사용하기 때문에 기존 방법에 비해 측정오차가 상대적으로 작고, 다른 모드의 간섭을 배제함으로써 추정 정확도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 본 기법은 주파수 응답함수 기반 합성 모델을 사용하여 실제 고정 지그를 사용하는 대신, 고정 경계조건을 수식적으로 대체함으로써 기존 방법의 복잡성을 해결하였다. 이 과정에서 시험 질량, 가상 질량 및 가상 스프링의 개념이 도입되었으며, 실제 차량의 충격 흡수장치를 이용하여 모델의 검증을 수행하였다. 다음으로, 본 논문의 두 번째 장에서는, 동특성 합성 모델을 이용한 새로운 전달 경로 분석 기법을 제시하였다. 본 연구에서는 대상 시스템의 실제 전달경로를 제거하는 대신, 무한대의 강성을 갖는 가상의 스프링을 주파수 응답 함수의 형태로 반영함으로써, 특정 전달경로의 제거 효과를 구현하였다. 본 기법은 기존의 전달경로 분석법에 비하여 실험적으로 구현이 쉬우며, 측정에 소요되는 작업량과 계산량 또한 획기적으로 줄일 수 있다. 해당 기법은 차량 현가계의 특정 진동 전달 현상을 이용하여 실험적으로 유효성이 검증되었다. 본 논문의 마지막 장에서는, 동특성 합성 모델의 정확도 개선을 위한 연구가 수행되었다. 일반적으로 결합시스템은 두 개 이상의 결합물이 볼트를 이용하여 결합되며, 결합 시스템의 동특성 예측을 위해서는 결합부의 정확한 동특성이 요구된다. 하지만 대부분의 경우, 물리적 공간의 제약으로 인하여 실제 결합 지점에서의 측정이 불가능하기 때문에, 가상 지점의 개념을 도입하여 결합지점에서의 주파수 응답함수를 추정하였다. 해당 방법 역시, 실제 차량과 서스펜션 시험 지그를 이용하여 검증되었다. 본 연구는 많은 실제 응용 분야에서 정확한 시스템의 동특성 추정에 기여하고 있다.CHAPTER 1. GENERAL INTRODUCTION 1 1.1 Research background and motivation of the work 1 1.2 Literature reviews 8 1.3 Overview of the present work 15 1.4 Contributions 17 CHAPTER 2. INTRODUCTION TO DYNAMIC SUBSTRUCTURING 21 2.1 Introduction 21 2.2 Summary 25 CHAPTER 3. VIRTUAL PARAMETERS FOR ESTIMATING ROTATIONAL STIFFNESS 27 3.1 Introduction 27 3.2 Theoretical concepts 34 3.2.1 Concept of trial masses 34 3.2.2 Concept of virtual masses 40 3.2.3 Concept of virtual springs 44 3.3 Experimental validation 47 3.3.1 Validation of trial masses 47 3.3.2 Validation of virtual masses 55 3.3.3 Validation of virtual springs 59 3.4 Summary 64 CHAPTER 4. TRANSFER PATH ANALYSIS USING A VIRTUAL SPRING 69 4.1 Introduction 69 4.2 Conventional TPA 76 4.3 FBS-based TPA 79 4.4 Experimental validation 83 4.4.1 Specific road noise phenomenon 83 4.4.2 Suspension link TPA 89 4.4.3 Body TPA 99 4.5 Summary 104 CHAPTER 5. EXPERIMENTAL METHOD FOR IMPROVED ACCURACY OF DYNAMIC SUBSTRUCTURING MODEL 109 5.1 Introduction 109 5.2 Theoretical concepts 111 5.2.1 Dynamic substructuring model considering generalized coupling properties 111 5.2.2 Virtual point transformation method to improve experimental data 117 5.2.2.1 Virtual point displacement 117 5.2.2.2 Virtual point FRF 125 5.3 Validation of virtual point transformation 128 5.3.1 Target system and system description 128 5.3.2 Validation of virtual point transformation 133 5.3.2.1 Validation of virtual point displacement 133 5.3.2.2 Validation of virtual point FRF 139 5.3.3 Dynamic substructuring with virtual point transformation 143 5.4 Summary 152 CHAPTER 6. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 155 6.1 Conclusions 155 6.2 Recommendations 159 APPENDIX 163 REFERENCES 167 국 문 초 록 177Docto

A Study on the Pressure Drop Characteristics According to the Shape of a Gas Turbine Combustor Strainer

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공학전문대학원 응용공학과, 2022.2. 황원태.가스터빈 연소기는 고온부품으로서 연료노즐 내부에 설치되는 스트레이너의 압력강하를 측정하는 설비가 없어, 실제 가스터빈 유 동에서의 스트레이너 형상별 압력강하 특성을 파악하기 위한 이론적, 실험적 연구를 수행하였다. 스트레이너를 통과하는 유동은 관성력의 영향으로 인해 속도에 대한 압력강하가 비선형적인 관계를 보이는 Non-Darcy 유동이며, 측정된 압력강하 데이터와 Forchheimer 이론 식을 통해 스트레이너 고유의 투과율과 관성저항인 Ergun 상수를 도 출하였다 서울복합발전소 가스터빈 M501GAC 기종의 매쉬타입과 포러스 타입의 연소기 스트레이너를 설치하여 기본상태, 철가루 5, 10, 20 g이 투입된 조건에서 유입되는 공기의 압력과 유량을 변화시키면 서 실험을 진행하였으며, 각 경우에 대해 스트레이너 고유의 투과 율과 관성저항인 Ergun 상수를 나타내었다. 또한 실험을 통해 도 출한 스트레이너 형상계수를 180 MW 정격출력 실제 가스터빈 유 동에 적용하여 Forchheimer식을 통해 압력강하를 예측하였으며, 기본상태 기준 매쉬타입은 0.74 bar, 포러스타입은 1.06 bar의 압력 강하가 형성된다는 것을 확인하였다. 실제 서울복합발전소 1, 2호기의 스트레이너 형상을 달리하여 운전 후 연소실 노즐 평균압력을 비교하여 약 0.3 bar의 압력강하 차이가 나는 것을 확인하였다. 또한 스트레이너의 압력강하에 따 른 발전출력 변화량과 가스터빈 효율을 확인하였으며, 180 MW 출력 기준에서 매쉬타입을 설치한 가스터빈이 포러스타입을 설치 한 가스터빈보다 발전출력은 약 2.2 % 높은 것을 확인하였다.Since the gas turbine combustor is a high-temperature component and there is no facility to measure the pressure drop of the strainer installed inside the fuel nozzle, theoretical and experimental studies were performed to understand the pressure drop characteristics of each strainer shape in the actual gas turbine flow. The flow through the strainer is a Non-Darcy flow in which the pressure drop with respect to velocity has a non-linear relationship due to the influence of inertial force, and the Ergun coefficient which is the intrinsic transmittance and inertia resistance of the strainer, is derived through the measured pressure drop data and Forchheimer's theory. By installing a mesh type and porous type combustor strainer of the Seoul Combined Cycle Power Plant gas turbine M501GAC model, the experiment was conducted while varying the pressure and flow rate of the incoming air under the condition that 5, 10, 20 g of iron powder was added. The strainer's intrinsic transmittance and inertia resistance, Ergun's coefficient, are shown. In addition, the pressure drop was predicted through the Forchheimer equation by applying the strainer shape factor derived through the experiment to the actual flow of the 180 MW rated output gas turbine. It was confirmed that a pressure drop of 0.74 bar for the mesh type and 1.06 bar for the porous type was formed based on the basic condition. In fact, by comparing the average pressure of the combustion chamber nozzles after operation with different strainer shapes of Seoul Combined Cycle Power Plant Units 1 and 2, it was confirmed that there was a difference in pressure drop of about 0.3 bar. In addition, the amount of change in power generation output and gas turbine efficiency according to the strainer pressure drop were confirmed. Based on 180MW power generation output, the gas turbine with the mesh type strainer had about 4MW higher power generation output than the gas turbine with the porous type strainer. The efficiency of the gas turbine with the mesh type was about 0.22% higher than that of the gas turbine with the porous type.제 1 장 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 기존의 연구 3 1.3 연구 방법 4 제 2 장 스트레이너 유동 특성 5 2.1 스트레이너의 종류와 특징 5 2.1.1. Y형 스트레이너 5 2.1.2 C형 스트레이너 6 2.1.3 Cone형 스트레이너 6 2.2 속도에 따른 스트레이너 유동 특성 9 2.2.1. 다르시의 법칙 9 2.2.2. Non-Darcy 유동 10 2.2.3. Forchheimer 이론식 11 제 3 장 스트레이너 유동 압력강하 특성12 3.1 실험 장치 및 방법 12 3.2 신뢰도 검증 16 3.2.1 기압시험 16 3.2.2 T-분포(Student’s Distribution) 19 3.3 실험 결과 및 고찰 23 3.3.1 압력강하 23 3.3.2 투과율 및 Ergun상수 30 제 4 장 가스터빈 연소기 압력강하 특성 34 4.1 Forchheimer 이론식 기준 압력강하 예측 34 4.2 실제 가스터빈 유동 압력강하 특성 36 4.2.1 스트레이너 압력강하 및 발전출력 36 4.2.2 스트레이너 압력강하 및 가스터빈 효율 38 제 5 장 결론 41 참고문헌 44 Abstract 46석

METHOD AND SYSTEM OF PROVIDING AUTHORIZATION IN DM SERVER

DM(Device Management) 클라이언트에 대한 관리 권한을 다른 DM 서버로 위임(delegation)하는 데에 있어, 설정되는 어카운트 관리 오브젝트(DM account management object)에 노드를 추가하여 효율적인 위임 처리가 이루어지도록 하는 DM 서버의 권한 부여 방법 및 권한 부여 시스템을 개시한다.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법.제2 DM(Device Management) 서버에서의 위임 요청 발생에 연동하여,세션을 형성하고 있는 제1 DM 서버로부터, 상기 제2 DM 서버와의 접속을 위한 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)을 수신하는 단계;상기 제2 접속명령(DMS-2 DMAcc)의 수신에 따라, 어카운트 관리 오브젝트를 설정하는 단계;상기 어카운트 관리 오브젝트에 기초하여, 상기 제2 DM 서버와의 세션 형성을 제어하는 단계; 및상기 어카운트 관리 오브젝트에 부여된 유효 기간 내에서, 상기 제2 DM 서버에 의한 디바이스의 관리를 허용하되, 상기 제2 DM 서버로부터 불사용 제어명령이 입력되면, 상기 유효 기간 동안, 상기 불사용 제어명령에 의해 식별되는 특정의 디바이스의 사용을 비활성하는 단계를 포함하는 DM 서버의 권한 부여 방법