An efficient method of formulating the equations of motion of multibody systems is presented. The equations of motion for each body are formulated by using Newton-Eulerian approach in their generic form. And then a transformation matrix which relates the global coordinates and relative coordinates is introduced to rewrite the equations of motion in terms of relative coordinates. When appropriate set of kinematic constraints equations in terms of relative coordinates is provided, the resulting differential and algebraic equations are obtained in a suitable form for computer implementation. The system geometry or topology is effectively described by using the path matrix and reference body operator.
This research estimated stream discharges indirectly by hydraulic channel routing. Only stage data from three stage stations and river cross section data were used to estimate Manning roughness coefficients and to compute stream discharges. When the discharges were estimated a stage-stage set of conditions was used for upstream-downstream boundary conditions. The research used the data from the upper Mississippi River. The hydraulic channel routings were performed by DWOPER (operational dynamic wave model). The global optimization program of SCE-UA was used to improve the roughness coefficient estimation module of the modified Newton-Raphson method in DWOPER. The results from SCE-US were better. For the case study of a flood, most estimated discharges except a few show errors within 10%.
Benmohammed, Noureddine;Ziane, Noureddine;Meftah, Sid Ahmed;Ruta, Giuseppe
Steel and Composite Structures
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v.35
no.6
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pp.717-727
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2020
The homotopy perturbation method (HPM) to predict the pre- and post-buckling behaviour of simply supported steel beams with rectangular hollow section (RHS) is presented in this paper. The non-linear differential equations solved by HPM derive from a kinematics where large twist and cross-sections distortions are considered. The results (linear and non-linear paths) given by the present HPM are compared to those provided by the Newton-Raphson algorithm with arc length and by the commercial FEM code Abaqus. To investigate the effect of cross-sectional distortion of beams, some numerical examples are presented.
Traditional damage detection methods for nonlinear structures are often based on simplified models, such as the mass-spring-damper and shear-building models, which are insufficient for predicting the vibration responses of a real structure. Conventional global nonlinear finite element model updating methods are computationally intensive and time consuming. Thus, they cannot be applied to practical structures. A decentralized approach for identifying the nonlinear material parameters is proposed in this study. With this technique, a structure is divided into several small zones on the basis of its structural configuration. The unknown material parameters and measured vibration responses are then divided into several subsets accordingly. The structural parameters of each subset are then updated using the vibration responses of the subset with the Newton-successive-over-relaxation (SOR) method. A reinforced concrete and steel frame structure subjected to earthquake loading is used to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method. The parameters in the material constitutive model, such as compressive strength, initial tangent stiffness and yielding stress, are identified accurately and efficiently compared with the global nonlinear model updating approach.
Dertimanis, Vasilis K.;Chatzi, Eleni N.;Spiridonakos, Minas D.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.1
no.4
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pp.427-449
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2014
A hybrid optimization method for the identification of state-space models is presented in this study. Hybridization is succeeded by combining the advantages of deterministic and stochastic algorithms in a superior scheme that promises faster convergence rate and reliability in the search for the global optimum. The proposed hybrid algorithm is developed by replacing the original stochastic mutation operator of Evolution Strategies (ES) by the Levenberg-Marquardt (LM) quasi-Newton algorithm. This substitution results in a scheme where the entire population cloud is involved in the search for the global optimum, while single individuals are involved in the local search, undertaken by the LM method. The novel hybrid identification framework is assessed through the Monte Carlo analysis of a simulated system and an experimental case study on a shear frame structure. Comparisons to subspace identification, as well as to conventional, self-adaptive ES provide significant indication of superior performance.
Maheswaran, D.;Rajasekar, N.;Priya, K.;Ashok kumar, L.
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.3
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pp.944-951
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2015
Pulse Width Modulation (PWM) techniques are increasingly employed for PWM inverter fed induction motor drive. Among various popular PWM methods used, Selective Harmonic Elimination PWM (SHEPWM) has been widely accepted for its better harmonic elimination capability. In addition, using SHEPWM, it is also possible to maintain better voltage regulation. Hence, in this paper, an attempt has been made to apply Bacterial Foraging Algorithm (BFA) for solving selective harmonic elimination problem. The problem of voltage harmonic elimination together with output voltage regulation is drafted as an optimization task and the solution is sought through proposed method. For performance comparison of BFA, the results obtained are compared with other techniques such as derivative based Newton-Raphson method, and Genetic Algorithm. From the comparison, it can be observed that BFA based approach yields better results. Further, it provides superior convergence, reduced computational burden, and guaranteed global optima. The simulation results are validated through experimental findings.
In this paper, the evaluation of diameter, global velocity, global roughness coefficients of the water distribution pipes are examined by using pressure and flowrate measurements in selected points of the network. The selected pipe network parameters are determined through reformulation of the continuity and energy equation. Additional energy equation is considered to analyze the coefficient matrix. The resulting nonlinear equations are solved by using Newton Raphson method. Three computer models with complex pipe system are used to demonstrate these procedures. The computed results of hydraulic parameters show good agreements with KYPIPE2 flow analysis model.
Lixun Liu;Han Zhang;Yingjie Wu;Baokun Liu;Jiong Guo;Fu Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.310-323
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2023
The k-eigenvalue neutronics/thermal-hydraulics coupling calculation is a key issue for reactor design and analysis. Jacobian-free Newton-Krylov (JFNK) method, featured with super-linear convergence rate and high efficiency, has been attracting more and more attention to solve the multi-physics coupling problem. However, it may converge to the high-order eigenmode because of the multiple solutions nature of the k-eigenvalue form of multi-physics coupling issue. Based on our previous work, a modified JFNK with a line search method is proposed in this work, which can find the fundamental eigenmode together with thermal-hydraulics feedback in a wide range of initial values. In detail, the existing modified JFNK method is combined with the line search strategy, so that the intermediate iterative solution can avoid a sudden divergence and be adjusted into a convergence basin smoothly. Two simplified 2-D homogeneous reactor models, a PWR model, and an HTR model, are utilized to evaluate the performance of the newly proposed JFNK method. The results show that the performance of this proposed JFNK is more robust than the existing JFNK-based methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.4
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pp.811-825
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1998
An approximate line search is presented for dynamic response optimization with Augmented Lagrange Multiplier(ALM) method. This study empolys the approximate a augmented Lagrangian, which can improve the efficiency of the ALM method, while maintaining the global convergence of the ALM method. Although the approximate augmented Lagragian is composed of only the linearized cost and constraint functions, the quality of this approximation should be good since an approximate penalty term is found to have almost second-order accuracy near the optimum. Typical unconstrained optimization algorithms such as quasi-Newton and conjugate gradient methods are directly used to find exact search directions and a golden section method followed by a cubic polynomial approximation is empolyed for approximate line search since the approximate augmented Lagrangian is a nonlinear function of design variable vector. The numberical performance of the proposed approach is investigated by solving three typical dynamic response optimization problems and comparing the results with those in the literature. This comparison shows that the suggested approach is robust and efficient.
Journal of the military operations research society of Korea
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v.17
no.1
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pp.146-158
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1991
In this paper, we deal with the TSP (Traveling Salesperson Problem) which is well-known as NP-complete optimization problem. the TSP is applicable to network routing. task allocation or scheduling. and VLSI wiring. Well known numerical methods such as Newton's Metheod. Gradient Method, Simplex Method can not be applicable to find Global Solution but the just give Local Minimum. Exhaustive search over all cyclic paths requires 1/2 (n-1) ! paths, so there is no computer to solve more than 15-cities. Heuristic algorithm. Simulated Annealing, Artificial Neural Net method can be used to get reasonable near-optimum with polynomial execution time on problem size. Therefore, we are able to select the fittest one according to the environment of problem domain. Three methods are simulated about symmetric TSP with 30 and 50-city samples and are compared by means of the quality of solution and the running time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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