The purpose of the present study is the presentation of the appropriate element and shape function in the solution of the neutron diffusion equation in two-dimensional (2D) geometries. To this end, the multigroup neutron diffusion equation is solved using the Galerkin finite element method in both rectangular and hexagonal reactor cores. The spatial discretization of the equation is performed using unstructured triangular and quadrilateral finite elements. Calculations are performed using both linear and quadratic approximations of shape function in the Galerkin finite element method, based on which results are compared. Using the power iteration method, the neutron flux distributions with the corresponding eigenvalue are obtained. The results are then validated against the valid results for IAEA-2D and BIBLIS-2D benchmark problems. To investigate the dependency of the results to the type and number of the elements, and shape function order, a sensitivity analysis of the calculations to the mentioned parameters is performed. It is shown that the triangular elements and second order of the shape function in each element give the best results in comparison to the other states.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.33-39
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2016
This study investigated the dynamic instability of a ceramic-on-ceramic artificial hip joint system through complex eigenvalue analysis. We examined the mode-coupling mechanism through eigenvalue sensitivity analysis with the variation of system parameters. In addition, we constructed a finite element model including the negative slope of friction curve for investigating the negative-slope mechanism in the hip squeak problem. The numerical results show that the torsion-dominant mode becomes unstable due to the presence of the negative slope while the axial load is the important factor influencing the negative-slope type instability.
Monitoring large-scale civil engineering structures such as offshore platforms and high-large buildings requires a large number of sensors of different types. Innovative sensor data information technologies are very extremely important for data transmission, storage and retrieval of large volume sensor data generated from large sensor networks. How to obtain the optimal sensor set and placement is more and more concerned by researchers in vibration-based SHM. In this paper, a method of determining the sensor location which aims to extract the dynamic parameter effectively is presented. The method selects the number and place of sensor being installed on or in structure by through the tolerance domain statistical inference algorithm combined with second order sensitivity technology. The method proposal first finds and determines the sub-set sensors from the theoretic measure point derived from analytical model by the statistical tolerance domain procedure under the principle of modal effective independence. The second step is to judge whether the sorted out measured point set has sensitive to the dynamic change of structure by utilizing second order characteristic value sensitivity analysis. A 76-high-building benchmark mode and an offshore platform structure sensor optimal selection are demonstrated and result shows that the method is available and feasible.
An application of the perturbation method to optimum structural design with random parameters is presented. It is formulated on the basis of the first-order stochastic finite element perturbation method. It also takes into full account the stress, displacement and eigenvalue constraints, together with the rates of change of the random variables. A method for calculating the sensitivity coefficients in regard to the governing equation and the first-order perturbed equation has been derived, by using a direct differentiation approach. A gradient-based nonlinear programming technique is used to solve the problem. The numerical results are specifically noted, where the stiffness parameter and external load are treated as random variables.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.3
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pp.325-331
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2013
In this study, a complex eigenvalue analysis is implemented to verify the unstable mode of a brake system using ABAQUS software. The component participation factors and component modal participation factors are used to analyze the total contributions from each component and each component mode to a particular unstable system mode. This study shows that the 1.4-kHz unstable system mode comes from mode coupling between the 2nd nodal diametric mode and 3rd lateral axial mode (LAM) in the baseline model. A sensitivity analysis with a linking index is performed to prevent the mode coupling of the component modes. This linking index analysis shows the optimum mass loading position to move away the natural frequency of the 3rd LAM, which contributes to the unstable mode. Finally, a complex eigenvalue analysis is implemented with mass loading in the tie bar position, and no unstable system mode is generated in the low-frequency range (below 2 kHz).
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.3
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pp.624-631
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2011
In this paper, the RCF method is used in sensitivity analysis problems of the discrete power systems including both series FACTS equipments such as TCSC in transmission lines and generator controllers such as Exciter and PSS in generator terminal. To apply the RCF method in small signal stability problems of discrete power systems, state transition equations of controllers and TCSC are derived and the sensitivity calculation algorithm using state transition equations in discrete time domain is devised. The results of eigenvalue analysis showed that the variations of eigenvalues after periodic switching operations of TCSC can be calculated exactly by the RCF method and the change of firing angles in TCSC have important effect to determine the stability of power systems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.639-646
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1995
The objective of this study is to minimize the weight of a damped anisotropic roto-bearing system considering whirl natural frequency and stability. The system is modeled as an assemblage of rigid disks, flexible shafts and discrete bearings. The system design variables are the crosssectional areas of shaft elements and the properties of bearings. To analyze the system, the polynomial method which is derived by rearranging the calculations performed by a transfer matrix method is adopted. For the optimization, the optimization software IDOL (Integrated Design Optimization Library) which is based on the Augmented Lagrange Multiplier (ALM) method is employed. Also, an analytical design sensitivity analysis of the system is used for high accuracy and efficiency. To demonstrate the usefulness of the proposed optimal design program incorporating analysis, design sensitivity analysis, and optimization modules, a damped anisotropic rotor-bearing system is optimized to obtain 34$ weight reduction.
An eigenvalue design sensitivity formulation of a general nonsymmetric-matrix rotor-bearing system is devised. using the DDM (direct differential method). Then, investigations on the design sensitivities of critical speeds are carried out for an APU turbogenerator with a spline shaft connection. Results show that the dependence of the rate of change of the critical speed on the stiffness changes of bearing models of spline shaft connection points is negligible, and thereby their modeling uncertainty does not present any problem. And the passing critical speeds up to the 4th critical speed are not sensitive to the design stiffness coefficients of four main bearings. Further, the dependence of the rate of change of the critical speed on the shaft-element length changes shows quantitatively that the spline shaft has some limited influence on the 4th critical speed but no influence on the 1st to 3rd critical speeds. With no adverse effect from the spline shaft, the APU system achieves a critical speed separation margin of more than 40% at a rated speed of 60,000 rpm.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.2
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pp.63-70
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2014
Design sensitivity analysis and topology design optimization for a piezoelectric crystal resonator are developed. The piezoelectric crystal resonator is deformed mechanically when subjected to electric charge on the electrodes, or vice versa. The Mindlin plate theory with higher-order interpolations along thickness direction is employed for analyzing the thickness-shear vibrations of the crystal resonator. Thin electrode plates are masked on the top and bottom layers of the crystal plate in order to enforce to vibrate it or detect electric signals. Although the electrode is very thin, its weight and shape could change the performance of the resonators. Thus, the design variables are the bulk material densities corresponding to the mass of masking electrode plates. An optimization problem is formulated to find the optimal topology of electrodes, maximizing the thickness-shear contribution of strain energy at the desired motion and restricting the allowable volume and area of masking plates. The necessary design gradients for the thickness-shear frequency(eigenvalue) and the corresponding mode shape(eigenvector) are computed very efficiently and accurately using the analytical design sensitivity analysis method using the eigenvector expansion concept. Through some demonstrative numerical examples, the design sensitivity analysis method is verified to be very efficient and accurate by comparing with the finite difference method. It is also observed that the optimal electrode design yields an improved mode shape and thickness-shear energy.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.10
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pp.4411-4417
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2012
The present study proposes the optimization of wing structure base on reduced model which assures the solution accuracy and computational efficiency. Well-constructed reduced model assures the accurate result in the eigenvalue problem, dynamic analysis or sensitivity of design optimization. Reduced system is classified into the reduce-order model based on structural modes and the reduced system based on degrees of freedom. Because this study uses the reduced system based on degrees of freedom, it is important to select the dominant degrees of freedom properly. For this work, robust selection method, two-level selection scheme, is employed and IRS(Improved Reduced System) is applied to construct the final reduced system. In the optimization process based on the reduced system, all of the equivalent stress, eigenvalue and design sensitivities are calculated from the reduced system. Through a numerical example, it is shown that the present optimization methodology based on the reduction method can provide an optimal results for objective function satisfying constraint condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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