A simulation method called modified differential transform is studied to solve the free vibration problems of uniform Euler-Bernoulli beam. First of all, the modified differential transform method is derived. Secondly, the modified differential transformation is applied to uniform Euler-Bernoulli beam free-free vibration. And then a set of differential equations are established. Through algebraic operations on these equations, we can get any natural frequency and normalized mode shape. Thirdly, the FEM is applied to obtain the numerical solutions. Finally, mode experimental method (MEM) is conducted to obtain experimental data for analysis by signal processing with LMS Test.lab Vibration testing and analysis system. Experimental data and simulation results are illustrated to be in comparison with the analytical solutions. The results show that the modified differential transform method can achieve good results in predicting the solution of such problems.
This article presented a comprehensive model to study static buckling stability and associated mode-shapes of higher shear deformation theories of sandwich laminated composite beam under the compression of varying axial load function. Four higher order shear deformation beam theories are considered in formulation and analysis. So, the model can consider the influence of both thick and thin beams without needing to shear correction factor. The compression force can be described through axial direction by uniform constant, linear and parabolic distribution functions. The Hamilton's principle is exploited to derive equilibrium governing equations of unified sandwich laminated beams. The governing equilibrium differential equations are transformed to algebraic system of equations by using numerical differential quadrature method (DQM). The system of equations is solved as an eigenvalue problem to get critical buckling loads and their corresponding mode-shapes. The stability of DQM in determining of buckling loads of sandwich structure is performed. The validation studies are achieved and the obtained results are matched with those. Parametric studies are presented to figure out effects of in-plane load type, sandwich thickness, fiber orientation and boundary conditions on buckling loads and mode-shapes. The present model is important in designing process of aircraft, naval structural components, and naval structural when non-uniform in-plane compressive loading is dominated.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.52
no.4
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pp.198-204
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2003
In this paper, we presented a new algebraic iterative algorithm for the optimal control of the nonlinear systems. The algorithm is based on two steps. The first step transforms nonlinear optimal control problem into a sequence of linear optimal control problem using the quasilinearization method. In the second step, TPBCP(two point boundary condition problem) is solved by algebraic equations instead of differential equations using the new integral operational matrix of BPF(block pulse functions). The proposed algorithm is simple and efficient in computation for the optimal control of nonlinear systems and is less error value than that by the conventional matrix. In computer simulation, the algorithm was verified through the optimal control design of synchronous machine connected to an infinite bus.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.3
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pp.111-116
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2000
In this paper, we presented a new algebraic iterative algorithm for the optimal control of the nonlinear systems. The algorithm is based on tow steps. The first step transforms optimal control problem into a sequence of linear optimal control problem using the quasilinearization method. In the second step, TPB(two point boundary condition problem) is solved by algebraic equations instead of differential equations using BPF(block pulse functions). The proposed algorithm is simple and efficient in computation for the optimal control of nonlinear systems. In computer simulation, the algorithm was verified through the optimal control design of Van del pole system and Volterra Predatory-prey system.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.39
no.7
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pp.740-748
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1990
In this paper, we consider the problem of parameter estimation, i.e., definding the internal structure of a linear distribution parameter system from its input/output data. First, a linear partial differential equation describing the system is double-integrated with respect to two variables and then transformed into an integral equation. Next the Walsh Operation Matrix for Walsh function and their integration are introduced to transform the integral equation into algebraic simultaneous equations. Finally, we develop an algorithm to estimate the parameters of the linear distributed parameter system from the simple linear algebraic simultaneous equations. It is also shown that our algorithm could be effective in real time data processing since it uses the Fast Walsh Transform.
In this paper, a novel numerical solution technique, the differential cubature method is employed to study the buckling problems of thick plates with arbitrary quadrilateral planforms and non-uniform boundary constraints based on the first order shear deformation theory. By using this method, the governing differential equations at each discrete point are transformed into sets of linear homogeneous algebraic equations. Boundary conditions are implemented through discrete grid points by constraining displacements, bending moments and rotations of the plate. Detailed formulation and implementation of this method are presented. The buckling parameters are calculated through solving a standard eigenvalue problem by subspace iterative method. Convergence and comparison studies are carried out to verify the reliability and accuracy of the numerical solutions. The applicability, efficiency, and simplicity of the present method are demonstrated through solving several sample plate buckling problems with various mixed boundary constraints. It is shown that the differential cubature method yields comparable numerical solutions with 2.77-times less degrees of freedom than the differential quadrature element method and 2-times less degrees of freedom than the energy method. Due to the lack of published solutions for buckling of thick rectangular plates with mixed edge conditions, the present solutions may serve as benchmark values for further studies in the future.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.13
no.1
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pp.17-23
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1976
Some methods of analysis of rectangular plates under distributed load of various intensity with interior supports are presented herein. Analysis of many structures such as bottom, side shell, and deck plate of ship hull and flat slab, with or without internal supports, Floor systems of bridges, included crthotropic bridges is a problem of plate with elastic supports or continuous edges. When the four edges of rectangular plate is simply supported, the double Fourier series solution developed by Navier can represent an exact result of this problem. If two opposite edges are simply supported, Levy's method is available to give an "exact" solution. When the loading condition and supporting condition of a plate does not fall into these cases, no simple analytic method seems to be feasible. Analysis of a simply supported rectangular plate under irregularly distributed loads of various intensity with internal supports is carried out by applying Navier solution well as the "Principle of Superposition." Finite difference technique is used to solve plates under irregularly distributed loads of various intensity with internal supports and with various boundary conditions. When finite difference technique is applied to the Lagrange's plate bending equation, any of fourth order derivative term in this equation produces at least five pivotal points leading to some troubles when the resulting linear algebraic equations are to be solved. This problem was solved by reducing the order of the derivatives to two: the fourth order partial differential equation with one dependent variable, namely deflection, is changed to an equivalent pair of second order partial differential equations with two dependent variables. Finite difference technique is then applied to transform these equations to a set of simultaneous linear algebraic equations. Principle of Superposition is then applied to handle the problems caused by concentrated loads and interior supports. This method can be used for the cases of plates under irregularly distributed loads of various intensity with arbitrary conditions such as elastic supports, or continuous edges with or without interior supports, and this method can also be solve the influence values of deflection, moment and etc. at arbitrary position of plates under the live load.
A computational method for the dynamic analysis of a constrained mechanical system is presented in this paper. The partial velocity matrix, which is the null space of the Jacobian of the constraint equations, is used as the key ingredient for the derivation of reduced equations of motion. The acceleration constraint equations are solved simultaneously with the equations of motion. Thus, the total number of equations to be integrated is equivalent to that of the pseudo generalized coordinates, which denote all the variables employed to describe the configuration of the system of concern. Two well-known conventional methods are briefly introduced and compared with the present method. Three numerical examples are solved to demonstrate the solution accuracy, the computational efficiency, and the numerical stability of the present method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.5
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pp.57-68
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1995
A general procedure for the numerical solution of coupled, nonlinear, differential two-point boundary-value problems, solutions of which are crucial to the controller design, has been developed and demonstrated. A fixed-end-points, free-terminal-time, optimal-control problem, which is derived from Pontryagin's Maximum Principle, is solved by an extension of Davidenko's method, a differential form of Newton's method, for algebraic root finding. By a discretization process like finite differences, the differential equations are converted to a nonlinear algebraic system. Davidenko's method reconverts this into a pseudo-time-dependent set of implicitly coupled ODEs suitable for solution by modern, high-performance solvers. Another important advantage of Davidenko's method related to the time-optimal problem is that the terminal time can be computed by treating this unkown as an additional variable and sup- plying the Hamiltonian at the terminal time as an additional equation. Davidenko's method uas used to produce optimal trajectories of a single-degree-of-freedom problem. This numerical method provides switching times for open-loop control, minimized terminal time and optimal input torque sequences. This numerical technique could easily be adapted to the multi-point boundary-value problems.
This paper explores the analytical buckling solution of rectangular thin plates by the finite integral transform method. Although several analytical and numerical developments have been made, a benchmark analytical solution is still very few due to the mathematical complexity of solving high order partial differential equations. In solution procedure, the governing high order partial differential equation with specified boundary conditions is converted into a system of linear algebraic equations and the analytical solution is obtained classically. The primary advantage of the present method is its simplicity and generality and does not need to pre-determine the deflection function which makes the solving procedure much reasonable. Another advantage of the method is that the analytical solutions obtained converge rapidly due to utilization of the sum functions. The application of the method is extensive and can also handle moderately thick and thick elastic plates as well as bending and vibration problems. The present results are validated by extensive numerical comparison with the FEA using (ABAQUS) software and the existing analytical solutions which show satisfactory agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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