Subsurface topology estimation is an important factor in the geophysical survey. Electrical impedance tomography is one of the popular methods used for subsurface imaging. The EIT inverse problem is highly nonlinear and ill-posed; therefore, reconstructed conductivity distribution suffers from low spatial resolution. The subsurface region can be approximated as piece-wise separate regions with constant conductivity in each region; therefore, the conductivity estimation problem is transformed to estimate the shape and location of the layer boundary interface. Each layer interface boundary is treated as an open boundary that is described using front points. The subsurface domain contains multi-layers with very complex configurations, and, in such situations, conventional methods such as the modified Newton Raphson method fail to provide the desired solution. Therefore, in this work, we have implemented a 7-layer artificial neural network (ANN) as an inverse problem algorithm to estimate the front points that describe the multi-layer interface boundaries. An ANN model consisting of input, output, and five fully connected hidden layers are trained for interlayer boundary reconstruction using training data that consists of pairs of voltage measurements of the subsurface domain with three-layer configuration and the corresponding front points of interface boundaries. The results from the proposed ANN model are compared with the gravitational search algorithm (GSA) for interlayer boundary estimation, and the results show that ANN is successful in estimating the layer boundaries with good accuracy.
This research concentrates on the effects of distributions and volume fractions of carbon nanotubes (CNT) on the nonlinear bending behavior of deep cylindrical panels reinforced by functionally graded carbon nanotubes under thermo-mechanical loading, hitherto not reported in the literature. Assuming the effects of shear deformation and moderately high value of the radius-to-side ratio (R/a), based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and von Karman type of geometric nonlinearity, the governing system of equations is obtained. The analytical solution of field equations is carried out using the Ritz method together with the Newton-Raphson iterative scheme. The effects of radius-to-side ratio, temperature change, and boundary conditions on the nonlinear response of the functionally graded carbon nanotubes reinforced composite deep cylindrical panel (FG-CNTRC) are investigated. It is concluded that, among the five possible distribution patterns of CNT, FG-V CNTRC deep cylindrical panel is strongest with the highest bending moment and followed by UD, X, O, and Ʌ-ones. Also, considering the present deep cylindrical panel formulation increases the accuracy of the results. Hence, according to the noticeable amount of R/a in FG-CNTRC cylindrical panels, it is mandatory to apply strain-displacement relations of deep cylindrical panels for bending analysis of FG-CNTRC which certainly is desirable for industrial application.
In the present article, functionally graded small-scaled plates based on modified strain gradient theory (MSGT) are studied for analyzing the nonlinear bending and post-buckling responses. Von-Karman's assumptions are applied to incorporate geometric nonlinearity and the first-order shear deformation theory is used to model the plates. Modified strain gradient theory includes three length scale parameters and is reduced to the modified couple stress theory (MCST) and the classical theory (CT) if two or all three length scale parameters become zero, respectively. The Ritz method with Legendre polynomials are used to approximate the unknown displacement fields. The solution is found by the minimization of the total potential energy and the well-known Newton-Raphson technique is used to solve the nonlinear system of equations. In addition, numerical results for the functionally graded small-scaled plates are obtained and the effects of different boundary conditions, material gradient index, thickness to length scale parameter and length to thickness ratio of the plates on nonlinear bending and post-buckling responses are investigated and discussed.
Mathematically-rigorous time-volume averaged conservation equations were simplified to established the differential equations of THERMIT-6S, which is a two-fluid 3-D code. The difference equations of THERMIT-6S were obtained by discretizing the proceeding set of differential equations. The spatial discretization is characterized by a first-order spatial scheme, donor cell method, and staggered mesh layout. For time discretization, a first order semi-implicit scheme treats implictly sonic terms and terms relating to local transport phenomena and explicitly convective terms. The results were linearized by the Newton-Raphson method. In order to construct the reduced pressure equation, the linearized equations were manipulated so that all variables are coupled between mesh cells through only the pressure variable. By simulating numerically the OPERA-15 experiment, it was found that THERMIT-6S is a very powerful code in predicting reactor behavior after sodium boiling including flow coastdown, reversal flow and flow oscillation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.297-305
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2018
In a shipyard, block lifting is an important process in the production of ships and offshore structures. Block lifting is a sensitive process because lifting blocks have to be erected with exact positions and orientations. If we use a numerical method for the process, it is important to find tensions of wires and positions of equalizers to maintain the initial equilibrium position of the block. At this time, equations of motion of the block should be solved to calculate the initial equilibrium position of the block. Because the solving technique changes according to the number of equalizers, a suitable equation for the corresponding problem is required. In this study, three types of equations are proposed to find the initial equilibrium position of the block according to the number of equalizers. The Newton-Raphson's method is used to solve nonlinear simultaneous equations and the optimization method is used to determine the appropriate solution to the undetermined problem. To evaluate the applicability of the proposed methods, the dynamic simulations are performed using the tensions calculated from the proposed methods, and the results are discussed. The results show that the proposed methods can be effectively used to determine initial equilibrium position of the block for the block lifting.
This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.
The prediction of driving stresses in piles is necessary for optimum selection of driving hammers, better design of precast piles, enact assessment of drivabilities and complete description of piling specifications. However, the existing pile-driving formulas based on the theory of Newtonian impact have some defects and shortcomings; the numerical method by the wave equation analysis using electronic computer usually Involves various uncertainties and limitations which can yield erroneous outcomes because it employs soil constants of which the nature is unknown as essential parameters and ignores the effect of residual stresses set up in the pile .after each hammer blow; and the electronic measuring technique needs extra time and expense. The method developed herein is presented for the purpose of giving field engineers a reliable and convenient analytical procedure for the prediction of driving stresses along the full length of pile using the most effetive parameters without resort to electronic computer. This method is based on the fundamental mechanics of stress waves in elastic rods and takes into account the effect of residual stresses induced by reversed friction in piles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1621-1628
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1990
Numerical solutions are presented for the heat transfer from radiating and convecting fins. Consideration is given to thin, annular fins attached to a tube surface for which the temperature is constant. Fin to fin, fin to base, and fin to environment radiative interactions are considered. It is assumed that the radiating surface is diffuse-gray, the environment is black, and the surrounding fluid is transparent. The radiation terms are formulated by using Poljak's net-radiation methoad. The mathematical description of the simultaneously heat transport by conduction, convection, and radiation leads to a nonlinear integro-differential equation. This has been solved for a wide range of the pertinent physical parameters by using finite difference method and iteration method based on the Newton-Raphson technique. The temperature distributions, heat transfer rates, fin efficiencies, and fin effectivenesses are presented in dimensionless form. The results definitely indicate that the use of fins leads to a significant increase in heat transfer compared with the unfinned tube.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.10
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pp.4814-4834
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2018
This paper presents an architecture for wireless sensor networks (WSNs) with blind source separation (BSS) applied to retrieve the received mixing signals of the sink nodes first. The little-to-no need of prior knowledge about the source signals of the sink nodes in the BSS method is obviously advantageous for WSNs. The optimization problem of the BSS of multiple independent source signals with complex and noncircular distributions from observed sensor nodes is considered and addressed. This paper applies Castella's reference-based scheme to Novey's negentropy-based algorithms, and then proposes a novel fast fixed-point (FastICA) algorithm, defined as the reference-signal negentropy complex FastICA (RSNT-cFastICA) for complex-valued noncircular-distribution source signals. The proposed method for the sink nodes is substantially more efficient than Novey's quasi-Newton algorithm in terms of computational speed under large numbers of samples, can effectively improve the power consumption effeciency of the sink nodes, and is significantly beneficial for WSNs and wireless communication networks (WCNs). The effectiveness and performance of the proposed method are validated and compared with three related BSS algorithms through theoretical analysis and simulations.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.18
no.1
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pp.79-87
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2011
A spatial time series model was used for analyzing the method of spatial time series (not the ARIMA model that is popular for analyzing spatial time series) by using chicken pox data which is a highly contagious disease and grid data due to ARIMA not reflecting the spatial processes. Time series model contains a weighting matrix, because that spatial time series model influences the time variation as well as the spatial location. The weighting matrix reflects that the more geographically contiguous region has the higher spatial dependence. It is hypothesized that the weighting matrix gives neighboring areas the same influence in the study of the spatial time series model. Therefore, we try to present the conclusion with a weighting matrix in a way that gives the same weight to existing neighboring areas in the study of the suitability of the STARMA model, spatial time series model and STBL model, in the comparative study of the predictive power for statistical inference, and the results. Furthermore, through the Kalman-Filter method we try to show the superiority of the Kalman-Filter method through a parameter assumption and the processes of prediction.
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