Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.385-396
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1999
In the process of structural design for large-scale structures with several thousands of degrees of freedom, a plethora of structural calculations with large amount of data storage are required to obtain the forces and displacements of the members. However, current computational environment with single microprocessor such as a personal computer or a workstation is not capable of generating a high-level of efficiency in structural analysis and design process for large-scale structures. In this paper, a high-performance parallel computing system interconnected by a network of personal computers is proposed for an efficient structural analysis. Two distributed structural analysis algorithms are developed in the form of distributed or parallel preconditioned conjugate gradient (DPCG) method. To enhance the performance of the developed distributed structural analysis algorithms, the number of communications and the size of data to be communicated are minimized. These algorithms are applied to the structural analyses of three large space structures as well as a 144-story tube-in-tube framed structure.
In [9], Tyrtshnikov proposed a preconditioned approach to derive a general solution from a Toeplitz linear system. Furthermore, the process of selecting a preconditioner matrix from symmetric Toeplitz matrix, which has been used in previous studies, is introduced. This research introduces a new method for finding the preconditioner in a Toeplitz system. Also, through analyzing these preconditioners, it is derived that eigenvalues of a symmetric Toeplitz are very close to eigenvalues of a new preconditioner for T. It is shown that if the spectrum of the preconditioned system $C_0^{-1}T$ is clustered around 1, then the convergence rate of the preconditioned system is superlinear. From these results, it is determined to get the superliner at the convergence rate by our good preconditioner $C_0$. Moreover, an advantage is driven by increasing various applications i. e. image processing, signal processing, etc. in this study from the proposed preconditioners for Toeplitz matrices. Another characteristic, which this research holds, is that the preconditioner retains the properties of the Toeplitz matrix.
Studies on target motion in 4-dimensional radiotherapy are being world-widely conducted to enhance treatment record and protection of normal organs. Prediction of tumor motion might be very useful and/or essential for especially free-breathing system during radiation delivery such as respiratory gating system and tumor tracking system. Neural network is powerful to express a time series with nonlinearity because its prediction algorithm is not governed by statistic formula but finds a rule of data expression. This study intended to assess applicability of neural network method to predict tumor motion in 4-dimensional radiotherapy. Scaled Conjugate Gradient algorithm was employed as a learning algorithm. Considering reparation data for 10 patients, prediction by the neural network algorithms was compared with the measurement by the real-time position management (RPM) system. The results showed that the neural network algorithm has the excellent accuracy of maximum absolute error smaller than 3 mm, except for the cases in which the maximum amplitude of respiration is over the range of respiration used in the learning process of neural network. It indicates the insufficient learning of the neural network for extrapolation. The problem could be solved by acquiring a full range of respiration before learning procedure. Further works are programmed to verify a feasibility of practical application for 4-dimensional treatment system, including prediction performance according to various system latency and irregular patterns of respiration.
A three-dimensional numerical model called NEWTANK is employed to investigate solitary wave run-up with an internal wave-maker on a steep slope. The numerical model solves the spatially averaged Navier-Stokes equations for two-phase flows. The LES (large-eddy-simulation) approach is adopted to model the turbulence effect by using the Smagorinsky SGS (sub-grid scale) closure model. A two-step projection method is adopted in numerical solutions, aided by the Bi-CGSTAB (Bi-Conjugate Gradient Stabilized) method to solve the pressure Poisson equation for the filtered pressure field. The second-order accurate VOF (volume-of-fluid) method is used to track the distorted and broken free surface. A solitary wave is first internally generated and propagated over a constant water depth in the three-dimensional domain. Numerically predicted results are compared with analytical solutions and numerical errors are analyzed in detail. The model is then applied to study solitary wave run-up on a steep slope and the obtained results are compared with available laboratory measurements.
In this paper, a feature-based registration technique is proposed for pre-contrast and post-contrast lung CT images. It utilizes three dimensional(3-D) features with their descriptors and estimates feature correspondences by nearest neighborhood matching in the feature space. We design a transformation model between the input image pairs using a free form deformation(FFD) which is based on B-splines. Registration is achieved by minimizing an energy function incorporating the smoothness of FFD and the correspondence information through a non-linear gradient conjugate method. To deal with outliers in feature matching, our energy model integrates a robust estimator which discards outliers effectively by iteratively reducing a radius of confidence in the minimization process. Performance evaluation was carried out in terms of accuracy and efficiency using seven pairs of lung CT images of clinical practice. For a quantitative assessment, a radiologist specialized in thorax manually placed landmarks on each CT image pair. In comparative evaluation to a conventional feature-based registration method, our algorithm showed improved performances in both accuracy and efficiency.
We derive refraction statics for seismic data recorded in a hard rock terrain, in which there are large and rapid variations in the depth of weathering. The statics corrections range from less than 10 ms to more than 70 ms, often over distances as short as 12 receiver intervals. This study is another demonstration of the importance in obtaining accurate initial refraction models of the weathering in hard rock terrains in which automatic residual statics may fail. We show that the statics values computed with a simple model of the weathering using the Generalized Reciprocal Method (GRM) and the Refraction Convolution Section (RCS) are comparable in accuracy to those computed with a more complex model of the weathering, using least-mean-squares inversion with the conjugate gradient algorithm (Taner et al., 1998). The differences in statics values between the GRM model and that of Taner et al. (1998) systematically vary from an average of 2ms to 4ms over a distance of 8.8 km. The differences between these two refraction models and the final statics model, which includes the automatic residual values, are generally less than 5 ms. The residuals for the GRM model are frequently less than those for the model of Taner et al. (1998). The RCS statics are picked approximately 10 ms later, but their relative accuracy is comparable to that of the GRM statics. The residual statics values show a general correlation with the refraction statics values, and they can be reduced in magnitude by using a lower average seismic velocity in the weathering. These results suggest that inaccurate average seismic velocities in the weathered layer may often be a source of short-wavelength statics, rather than any shortcomings with the inversion algorithms in determining averaged delay times from the traveltimes.
Son Jeong-Sul;Song Yoonho;Chung Seung-Hwan;Suh Jung Hee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.280-290
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2002
Three-dimensional (3-D) electromagnetic (EM) modeling algorithm has been developed using finite element method (FEM) to acquire more efficient interpretation techniques of EM data. When FEM based on nodal elements is applied to EM problem, spurious solutions, so called 'vector parasite', are occurred due to the discontinuity of normal electric fields and may lead the completely erroneous results. Among the methods curing the spurious problem, this study adopts vector element of which basis function has the amplitude and direction. To reduce computational cost and required core memory, complex bi-conjugate gradient (CBCG) method is applied to solving complex symmetric matrix of FEM and point Jacobi method is used to accelerate convergence rate. To verify the developed 3-D EM modeling algorithm, its electric and magnetic field for a layered-earth model are compared with those of layered-earth solution. As we expected, the vector based FEM developed in this study does not cause ny vector parasite problem, while conventional nodal based FEM causes lots of errors due to the discontinuity of field variables. For testing the applicability to high frequencies 100 MHz is used as an operating frequency for the layer structure. Modeled fields calculated from developed code are also well matched with the layered-earth ones for a model with dielectric anomaly as well as conductive anomaly. In a vertical electric dipole source case, however, the discontinuity of field variables causes the conventional nodal based FEM to include a lot of errors due to the vector parasite. Even for the case, the vector based FEM gave almost the same results as the layered-earth solution. The magnetic fields induced by a dielectric anomaly at high frequencies show unique behaviors different from those by a conductive anomaly. Since our 3-D EM modeling code can reflect the effect from a dielectric anomaly as well as a conductive anomaly, it may be a groundwork not only to apply high frequency EM method to the field survey but also to analyze the fold data obtained by high frequency EM method.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.23
no.8
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pp.2052-2063
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1998
Various full-scale radio location systems have been developed since ground-based radio navigation systems appeared during World War II, and more recently global positioning systems (GPS) have been widely used as a representative location system. In addition, radio location systems based on cellular systems are intensively being studied as cellular services become more and more popular. However, these studies have been focused mainly on macrocellular systems of which based stations are mutually synchronized. There has been no study about systems of which based stations are asynchronous. In this paper, we proposed two radio location algorithms in microcellular CDMA systems of which base stations are asychronous. The one is to estimate the position of a personal station at the center of rectangular shaped area which approximates the realistic common area. The other, as a method based on road map, is to first find candidate positions, the centers of roads pseudo-range-distant from the base station which the personal station belongs to and then is to estimate the position by monitoring the pilot signal strengths of neighboring base stations. We compare these two algorithms with three wide-spread algorithms through computer simulations and investigate interference effect on measuring pseudo ranges. The proposed algorithms require no recursive calculations and yield smaller position error than the existing algorithms because of less affection of non-line-of-signt propagation in microcellular environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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