Mechanical structures are composed of substructures connected by joints and boundary elements. While the finite element representation of plain substructures is well developed and reliable, joints have a lot of uncertainties in being accurately modelled and affect dynamic behavior of a total system. In order to improve the accuracy of a finite element model, a new method is proposed, in which reduced finite element model is combined with a system identification technique. After substructures except joints are modelled with finite element method and joint properties are represented by parameter states, non-linear state equation is derived in which parameter states are multiplied by physical states such as displacements and velocities. So the joint parameter identification is transformed into non-linear state estimation problem. The methods are tested and discussed numerically and the feasibility for physical application has been demonstrated through two example structures.
To design a coastal structure in the nearshore region, engineers must have means to estimate wave climate. Waves, approaching the surf zone from offshore, experience changes caused by combined effects of bathymetric variations, interference of man-made structure, and nonlinear interactions among wave trains. This paper has attempted to find out the effects of two of the more subtle phenomena involving nonlinear shallow water waves, amplitude dispersion and secondary wave generation. Boussinesq-type equations can be used to model the nonlinear transformation of surface waves in shallow water due to effect of shoaling, refraction, diffraction, and reflection. In this paper, generalized Boussinesq equations under the complex bottom condition is derived using the depth averaged velocity with the series expansion of the velocity potential as a product of powers of the depth of flow. A time stepping finite difference method is used to solve the derived equation. Numerical results are compared to hydraulic model results. The result with the non-linear dispersive wave equation can describe an interesting transformation a sinusoidal wave to one with a cnoidal aspect of a rapid degradation into modulated high frequency waves and transient secondary waves in an intermediate region. The amplitude dispersion of the primary wave crest results in a convex wave front after passing through the shoal and the secondary waves generated by the shoal diffracted in a radial manner into surrounding waters.
This paper presents analytical approximate solutions for the initial post-buckling deformation of the pipes in oil and gas wells. The governing differential equation with sinusoidal nonlinearity can be reduced to form a third-order-polynomial nonlinear equation, by coupling of the well-known Maclaurin series expansion and orthogonal Chebyshev polynomials. Analytical approximations to the resulting boundary condition problem are established by combining the Newton's method with the method of harmonic balance. The linearization is performed prior to proceeding with harmonic balancing thus resulting in a set of linear algebraic equations instead of one of non-linear algebraic equations, unlike the classical method of harmonic balance. We are hence able to establish analytical approximate solutions. The approximate formulae for load along axis, and periodic solution are established for derivative of the helix angle at the end of the pipe. Illustrative examples are selected and compared to "reference" solution obtained by the shooting method to substantiate the accuracy and correctness of the approximate analytical approach.
Chakravarthy, P. Pramod;Phaneendra, K.;Reddy, Y.N.
Journal of applied mathematics & informatics
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v.26
no.3_4
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pp.689-706
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2008
In this paper, a fifth order numerical method is presented for solving singularly perturbed two point boundary value problems with a boundary layer at one end point. The two point boundary value problem is transformed into general first order ordinary differential equation system. A discrete approximation of a fifth order compact difference scheme is presented for the first order system. An asymptotically equivalent first order equation of the original singularly perturbed two point boundary value problem is obtained from the theory of singular perturbations. It is used in the fifth order compact difference scheme to get a two term recurrence relation and is solved. Several linear and non-linear singular perturbation problems have been solved and the numerical results are presented to support the theory. It is observed that the present method approximates the exact solution very well.
A new calculation method for iron loss coefficients is proposed by using the Steinmetz equation from Epstein data. The hysteresis loss must have linear characteristic according to the frequency. However, the existing iron loss coefficients are defined by formula of frequency. In this case, the hysteresis loss has non-linear characteristics by frequency. So, in this paper, the iron loss coefficients were defined by a function of the magnetic flux density, and the iron loss calculation is applied for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM) of 600(W) and 200(W). The iron loss calculation results and the experimental results are compared according to the various materials.
The new approach of homogeneous robust control systems synthesis, both linear, and nonlinear and non-stationary is offered. The control is carried out, providing the given phase constrains varied in acceptable limits, in view of constrains on its value and incompleteness of the information about functioning disturbances. The approach is based on introduction of auxiliary integral surfaces, on which the initial moving is projected. As a result the reduced equivalent moving is forming, described by the scalar equation which in many important cases can be integrated directly. On the basis of the obtained equation solving of a synthesis task is carried out and can be reduced to algebraic or integral inequalities. The final relations defined for linear equivalent moving are presented.
Free-surface flows with an arbitrary deformation, induced by a submerged hydrofoil, are simulated numerically, considering two-fluid flows of both water and air. The computation is performed by a finite volume method using unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell wise local mesh refinement. The integration in space is of second order, based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels. The linear equations are solved by conjugate gradient type solvers, and the non-linearity of equations is accounted for through Picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations, the continuity equation, the conservation equation of one species, and the equations for two turbulence quantities. Finally, a comparison is quantitatively made at the same speed between the computation and experiment in which the grid sensitivity is numerically checked.
Steady state analysis of pressure and flow in water supply piping systems is a problem of great importance in hydraulic engineering. The basic equations consist of continuity equation and energy equation. The network equations are solved iteratively by using linear solution method. The resulting linear simultaneous equations are solved by frontal method. Frontal method, which is suitable to sparse matrix, gathers only non-zero entries in coefficient matrix. The suggested methodology can analyze faster than the existing routines by using smaller computer memory. The model presented in this study shows accurate and efficient results for various piping systems.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.1
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pp.77-86
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1997
The advanced development in many fields of engineering and science has caused much interests and demands for crashworthiness and non-linear dynamic transient analysis of structure response. Crash and impact problems have a dominant characteristic of large deformation with material plasticity for short time scales. The structural material shows strain rate-dependent behaviors in those cases. Conventional rate-independent constitutive equations used in the general purposed finite analysis programs are inadequate for dynamic finite strain problems. In this paper, a rate-dependent constitutive equation for elastic-plastic material is developed. The plastic stretch rate is modeled based on slip model with dislocation velocity and its density so that there is neither yielding condition, nor loading conditions. Non-linear hardening rule is also introduced for finite strain. Material constants of present constitutive equation are determined by experimental data of mild steel, and the constitutive equation is applied to uniaxile tension loading.
In this paper, we show the existence of solution of the neutral stochastic functional differential equations under non-Lipschitz condition, a weakened linear growth condition and a contractive condition. Furthermore, in order to obtain the existence of solution to the equation we used the Picard sequence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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