This study presents a novel approach based on advancements in Evolutionary Computation for data-driven modeling of complex multi-dimensional memory-dependent systems. The investigated example is a benchmark coupled three-dimensional system that incorporates 6 Bouc-Wen elements, and is subjected to external excitations at three points. The proposed technique of this research adapts Genetic Programming for discovering the optimum structure of the differential equation of an auxiliary variable associated with every specific degree-of-freedom of this system that integrates the imposed effect of vibrations at all other degrees-of-freedom. After the termination of the first phase of the optimization process, a system of differential equations is formed that represent the multi-dimensional hysteretic system. Then, the parameters of this system of differential equations are optimized in the second phase using Genetic Algorithms to yield accurate response estimates globally, because the separately obtained differential equations are coupled essentially, and their true performance can be assessed only when the entire system of coupled differential equations is solved. The resultant model after the second phase of optimization is a low-order low-complexity surrogate computational model that represents the investigated three-dimensional memory-dependent system. Hence, this research presents a promising data-driven modeling technique for obtaining optimized representative models for multi-dimensional hysteretic systems that yield reasonably accurate results, and can be generalized to many problems, in various fields, ranging from engineering to economics as well as biology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.10
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pp.947-955
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2010
Most oil and gas reservoirs, which have some light hydrocarbon components, show sensitive phase behavior in response to changes in the composition of the internal fluid. When evaluating and developing plans for oil and gas fields, flash calculation, PVT analysis, and saturation-property calculation are necessary for analyzing reservoir characteristics and pipeline flows. In general, the determination of saturation properties such as dew point and bubble point is considered a difficult task because of the poor convergence of the calculation methods. In this study, several new initial-value-guessing methods and root-finding methods are proposed; parametric analysis were carried out to verify the improvement in convergence. Finally, these new ideas and methods were successfully applied to the new GUI based multi-phase behavior simulator.
Kim, Hyun-Il;Nam, Jin-Hyun;Shin, Dong-Hoon;Chung, Tae-Yong;Kim, Young-Gyu
New & Renewable Energy
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v.3
no.4
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pp.8-15
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2007
Liquid water in flow channel is an important factor that limits the steady and transient performance of PEM fuel cells. A computational fluid dynamics study based on the volume-of-fluid [VOF] multi-phase model was conducted to understand the two-phase flow behavior of liquid water in cathode gas channels. The liquid water transport in $180^{\circ}{\Delta}$ bends was investigated, where the effects of surface characteristics (hydrophilic and hydrophobic surfaces], channel geometries (rectangular and chamfered corners], and air velocity in channel were discussed. The two-phase flow behavior of liquid water with hydrophilic channel surface and that with hydrophobic surface was found very different; liquid water preferentially flows along the corners of flow channel in hydrophilic channels while it flows in rather spherical shape in hydrophobic channels. The results showed that liquid water transport was generally enhanced when hydrophobic channel with rounded corners was used. However, the surface characteristics and channel geometries became less important when air velocity was increased over 10m/s. This study is believed to provide a useful guideline for design optimization of flow patterns or channel configurations of PEM fuel cells.
Park, Young-Kyu;Li, Kui. Ming.;Choi, Yoon-Hwan;Lee, Yeon-Won
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.9
no.3
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pp.59-64
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2011
In this study the change of free surface vortex is expressed through the time volume fraction using multiphase unsteady condition in sump, because in previous studies of the pump sump did not represent the behavior of the free surface vortex exactly due to the reason it was calculated using single phase and steady condition. The reliability of the computational analysis is verified through comparing experimental results with that of present numerical analysis. Homogeneous free surface model is used to apply interactions of air and water. The results show that the free surface vortex can be identified on the isotropic surface at air volume fraction 1%~5%. The vortices make an air column from the free surface to the sump intake and are created and destroyed repeatedly. The behavior of free surface vortex at numerical analysis is quite similar to experimental test. The result of vortex motion according to time, works on a cycle.
The behavior variation of concrete dam is investigated, based on a new method for analyzing the data model of concrete dam in service process for the limitation of wavelet transform for solving concrete dam service process model. The study takes into account the time and position of behavior change during the process of concrete dam service. There is no dependence on the effect quantity for overcoming the shortcomings of the traditional identification method. The panel data model is firstly proposed for analyzing the behavior change of composite concrete dam. The change-point theory is used to identify whether the behavior of concrete dams changes during service. The phase space reconstruction technique is used to reconstruct the phase plane of the trend effect component. The time dimension method is used to solve the construction of multi-transformation model of composite panel data. An existing 76.3-m-high dam is used to investigate some key issues on the behavior change. Emphasis is placed on conversion time and location for three time periods consistent with the practical analysis report for evaluating the validity of the analysis method of the behavior variation of concrete dams presented in this paper.
The spherically-symmetric burning of an isolated droplet is a dynamic problem that involves the coupling of chemical reactions and multi-phase flow with phase change. For the improved understanding of these phenomena, this paper presents the numerical results on the n-heptane droplet combustion conducted at a 1 atm ambient pressure in three different initial droplet diameter ($d_0$). The main purpose of this study is to provide basic information of droplet burning, extinction and flame behavior of n-heptane and improve the ability of theoretical prediction of these phenomena. To achieve these, the numerical analysis was conducted in terms of normalized droplet diameter ($d/d_0$), flame diameter ($d_f$) and flame standoff ratio (FSR) under the assumptions that the droplet combustion can be described by both the quasi-steady behavior for the region between the droplet surface and the flame interface and the transient behavior for the region between the flame interface and ambient surrounding.
Multi-dimensional two-phase phenomena occur in many industrial applications, particularly in a nuclear reactor during steady operation or a transient period. Appropriate modeling of complicated behavior induced by a multi-dimensional flow is important for the reactor safety analysis results. SPACE, a safety analysis code for thermal hydraulic systems which is currently being developed, was designed to have the capacity of multi-dimensional two-phase thermo-dynamic phenomena induced in the various phases of a nuclear system. To validate the performance of SPACE, a two-dimensional two-phase flow test was performed with slab geometry of the test section having a scale of $1.43m{\times}1.43m{\times}0.11m$. The test section has three inlet and three outlet nozzles on the bottom and top gap walls, respectively, and two outlet nozzles installed directly on the surface of the slab. Various kinds of two-dimensional air/water flows were simulated by selecting combinations of the inlet and outlet nozzles. In this study, two-dimensional two-phase void fraction profiles were quantified by measuring the local gap impedance at 225 points. The flow conditions cover various flow regimes by controlling the flow rate at the inlet boundary. For each selected inlet and outlet nozzle combination, the water flow rate ranged from 2 to 20 kg/s, and the air flow rate ranged from 2.0 to 20 g/s, which corresponds to 0.4 to 4 m/s and 0.2 to 2.3 m/s of the superficial liquid and gas velocities based on the inlet port area, respectively.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.383-391
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1997
The prediction of effective properties of heterogeneous material like concrete is of primary importance in design or analysis. This paper os about micromechanice-based evaluation of elastic moduli of concretes considering composite material behavior. In this study, micromechanixe-based schemes for the effective elastic modui of the lightweight foamed concrete and the normal concrete are proposed based on averaging techniques using a single-layered inclusion model and a multi-phase and multi-layered inclusion model. respectively, For the verification's sake, elastic moduli evaluated in this study are compared with experimental data and results by existing formula.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.35-43
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2004
Small-scale models have been frequently used for seismic performance tests because of limited testing facilities and economic reasons. However, there are not enough studies on similitude law for analogizing prototype structures accurately with small-scale models, although conventional similitude law based on geometry is not well consistent in the inelastic seismic behavior. When fabricating prototype and small-scale model of reinforced concrete structures by using the same material, added mass is demanded from a volumetric change and scale factor could be limited due to aggregate size. Therefore, it is desirable that different material is used for small-scale models. Thus, a modified similitude law could be derived depending on geometric scale factor, equivalent modulus ratio and ultimate strain ratio. In this study, compressive strength tests are conducted to analyze the equivalent modulus ratio of micro-concrete to normal-concrete. Then, equivalent modulus ratios are divided into multi-phase damage levels, which are basically dependent on ultimate strain level. Therefore, an algorithm adaptable to the pseudodynamic test, considering equivalent multi-phase similitude law based on seismic damage levels, is developed. Test specimens, consisted of prototype structures and 1/5 scaled models as a reinforced concrete column, were designed and fabricated based on the equivalent modulus ratios already defined. Finally quasistatic and pseudodynamic tests on the specimens are carried out using constant and variable modulus ratios, and correlation between prototype and small-scale model is investigated based on their test results. It is confirmed that the equivalent multi-phase similitude law proposed in this study could be suitable for seismic performance tests on small-scale models.
Mirjavadi, Seyed Sajad;Forsat, Masoud;Barati, Mohammad Reza;Hamouda, A.M.S.
Steel and Composite Structures
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v.36
no.1
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pp.87-101
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2020
A multi-scale epoxy/CNT/fiberglass annular sector plate is studied in this paper in the view of determining nonlinear forced vibration characteristics. A 3D Mori-Tanaka model is employed for evaluating multi-scale material properties. Thus, all of glass fibers are assumed to have uni-direction alignment and CNTs have random diffusion. The geometry of annular sector plate can be described based on the open angle and the value of inner/outer radius. In order to solve governing equations and derive exact forced vibration curves for the multi-scale annular sector, Jacobi elliptic functions are used. Obtained results demonstrate the significance of CNT distribution, geometric nonlinearity, applied force, fiberglass volume, open angle and fiber directions on forced vibration characteristics of multi-scale annular sector plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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