Based on Banach fixed point theorem, a method to calculate nonlinear superposition for three interacting Stokes' waves is proposed in this paper. A mathematical formulation for the nonlinear superposition in deep water and some numerical solutions were investigated. The authors carried out the numerical study with three progressive linear potentials of different wave numbers and succeeded in solving the nonlinear wave profiles of their three wave-interaction, that is, using only linear wave potentials, it was possible to realize the corresponding nonlinear interacting wave profiles through iteration of the method. The stability of the method for the three interacting Stokes' waves was analyzed. The calculation results, together with Fourier transform, revealed that the iteration made it possible to predict higher-order nonlinear frequencies for three Stokes' waves' interaction. The proposed method has a very fast convergence rate.
A neuromuscular control system of a myoelectric prosthetic hand (PH) constitutes a nonlinear system with a dead zone whose magnitude is equal to its joint angle when the PH just grasps an object. This is because the neuromuscular control system remains an open-loop system until the PH grasps the object but it constitutes a feedback control system after the PH griped the object in which a torque induced in the fingers of the PH is fed back. To improve the transient performance of the control system, it is desirable to make the feed-forward gain as large as possible, so long as the stability of the system is not impaired. It is also desired that the control system remains stable even when the PH lifts a heavy or rigid object, because this makes the closed loop gain large and leads to the closed system unstable. According to the theory of stability analysis of nonlinear systems, we can only know the sufficient conditions that the system should be stable. Thus the nonlinear theory on stability is insufficient to be used to design the neuromuscular control system for improving its transient responses. This paper shows that the nonlinear system with a dead zone can be approximated to a linear feedback system and that well-known methods of analysis and design on linear control systems can be applicable. It is also shown through various simulation results that errors induced by approximation are practically negligible and thus the design methods are quite accurate.
The effect of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the thin-walled members subjected to the axial loads, obtained by the finite element stability analysis, are examined. As the initial imperfections, the bucking mode shapes of the members are adopted. The buckling mode shapes of the thin-walled members are obtained by the transfer matrix method. In the finite element stability analysis, isoparametric degenerated shell element is used, and the geometrical and material nonlinearity are considered based on the Green Lagrange strain definition and the Prandtl-Reuss stress-strain relation following the von Mises yield criterion. The U-, box- and I-section members subjected to the axial loads are adopted for numerical examples, and the effects of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the members are examined.
This research is related to nonlinear stability analysis of advanced microbeams reinforced by Graphene Platelets (GPLs) considering generic geometrical imperfections and thermal loading effect. Uniform, linear and nonlinear distributions of GPLs in transverse direction have been considered. Imperfection sensitivity of post-bucking behaviors of the microbeam to different kinds of geometric imperfections have been examined. Geometric imperfection is first considered to be identical as the first buckling mode, then a generic function is employed to consider sine-type, local-type and global-type imperfectness. Modified couple stress theory is adopted to incorporate size-dependent behaviors of the beam at micro scale. The post-buckling problem is solved analytically to derive load-amplitude curves. It is shown that post-buckling behavior of microbeam is dependent on the type geometric imperfection and its magnitude. Also, post-buckling load can be enhanced by adding more GPLs or selecting a suitable distribution for GPLs.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.14
no.3
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pp.163-173
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2010
In this work, we consider a nonlinear budworm model by a system of three ordinary differential equations originally created by Ludwig et al. in 1978. The nonlinear system describes the dynamics of the interaction between a budworm and a fir forest. We introduce stability techniques to analyze the dynamical behavior of this nonlinear system. Then we use constant effort harvesting techniques to control the budworm population. We also give numerical simulations of the population model with harvest and without harvest.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.2
no.3
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pp.189-195
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2000
The mathematical solutions of the stability convergence are important problems in system control. In this paper such problems are analyzed and resolved for system control using multilayer neural networks. We describe an algorithm to control an unknown nonlinear system with a disturbance, using a multilayer neural network. We include a disturbance among the modeling error, and the weight update rules of multilayer neural network are derived to satisfy Lyapunov stability. The overall control system is based upon the feedback linearization method. The weights of the neural network used to approximate a nonlinear function are updated by rules derived in this paper . The proposed control algorithm is verified through computer simulation. That is as the weights of neural network are updated at every sampling time, we show that the output error become finite within a relatively short time.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.2
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pp.189-199
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1999
This paper presents an optimization algorithm for a stable Self Dynamic Neural Network(SDNN) using genetic algorithm. Optimized SDNN is applied to a problem of controlling nonlinear dynamical systems. SDNN is dynamic mapping and is better suited for dynamical systems than static forward neural network. The real-time implementation is very important, and thus the neuro controller also needs to be designed such that it converges with a relatively small number of training cycles. SDW has considerably fewer weights than DNN. Since there is no interlink among the hidden layer. The object of proposed algorithm is that the number of self dynamic neuron node and the gradient of activation functions are simultaneously optimized by genetic algorithms. To guarantee convergence, an analytic method based on the Lyapunov function is used to find a stable learning for the SDNN. The ability and effectiveness of identifying and controlling a nonlinear dynamic system using the proposed optimized SDNN considering stability is demonstrated by case studies.
This papers studies nonlinear stability and post-buckling behaviors of geometrically imperfect metal foam doubly-curved shells with eccentrically stiffeners resting on elastic foundation. Metal foam is considered as porous material with uniform and non-uniform models. The doubly-curved porous shell is subjected to in-plane compressive loads as well as a transverse pressure leading to post-critical stability in nonlinear regime. The nonlinear governing equations are analytically solved with the help of Airy stress function to obtain the post-buckling load-deflection curves of the geometrically imperfect metal foam doubly-curved shell. Obtained results indicate the significance of porosity distribution, geometrical imperfection, foundation factors, stiffeners and geometrical parameters on post-buckling characteristics of porous doubly-curved shells.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.8
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pp.640-646
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2001
The electrical stability for DC stress of Pr$_{6}$O$_{11}$-based ZnO varistos consisting of ZnO-Pr$_{6}$O$_{11}$-CoO-Cr$_2$O$_3$-Er$_2$O$_3$-based ceramics were investigated with sintering temperature in the range of 1325~1345$^{\circ}C$. A the sintering temperature is raised, the nonlinear exponent of varistors was decreased, whereas the stability was markedly improved. The density of ceramics was found to greatly affect the electrical stability for DC stress. The varistors sintered at 13$25^{\circ}C$ were completely degraded because of thermal runaway attributing to low density. The varistors sintered at 1335$^{\circ}C$ exhibited the highest nonlinearity, with a nonlinear exponent of 70.53 and a leakage current of 1.92$\mu$A, whereas they did not exhibit relatively high stability. On the contrary, the varistors sintered at >134$0^{\circ}C$ exhibited not only a high nonlinearity marking the nonlinear exponent above 50 and the leakage current below 3$\mu$A, but also a high stability marking the variation rate of the varistor voltage below 2%, even under DC stress such as (0.80V$_{1mA}$/9$0^{\circ}C$/12h)+(0.85V$_{1mA}$/115$^{\circ}C$/12h)+(0.90V$_{1mA}$/12$0^{\circ}C$/12h)+(0.95V$_{1mA}$/1$25^{\circ}C$/12h)+(0.95V$_{1mA}$/15$0^{\circ}C$/12h). In particular, ti was found that the varistors sintered at 134$0^{\circ}C$ were more nonlinear and more stable, compared with that of 1345$^{\circ}C$.EX>.}C$.EX>.
This paper investigates the stability of a three-dimensional (3D) wedge under the pseudo-static action of an earthquake based on the nonlinear Barton-Bandis (B-B) failure criterion. The influences of the mechanical parameters of the discontinuity surface, the geometric parameters of the wedge and the pseudo-static parameters of the earthquake on the stability of the wedge are analyzed, as well as the sensitivity of these parameters. Moreover, a stereographic projection is used to evaluate the influence of pseudo-static direction on instability mode. The parametric analyses show that the stability coefficient and the instability mode of the wedge depend on the mechanical parameter of the rock mass, the geometric form of the wedge and the pseudo-static state of the earthquake. The friction angle of the rock φb, the roughness coefficient of the structure surface JRC and the two angles related to strikes of the joints θ1 and θ2 are sensitive to stability. Furthermore, the sensitivity of wedge height h, the compressive strength of the rock at the fracture surface JCS and the slope angle α to the stability are insignificant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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