By applying the Landau-type transformation, we transform a Stefan problem with nonlinear free boundary condition into a system consisting of a parabolic equation and the ordinary differential equations. Fully discrete finite element method is developed to approximate the solution of a system of a parabolic equation and the ordinary differential equations. We derive optimal orders of convergence of fully discrete approximations in $L_2,\;H^1$ and $H^2$ normed spaces.
In order for a gun-launched guided projectile to glide to the maximum range, when to deploy the fin and start flight with guidance and control should be considered in range optimization process. This study suggests a solution to the optimal guidance problem for flight range maximization of the flight model of a guided projectile in vertical plane considering the aerodynamic properties. After converting the nonlinear Multi-Phase Optimal Control Problem to Two-Point Boundary Value Problem, the optimized guidance command and the best fin deployment timing are calculated by the proposed numerical method. The optimization results of the multiple flight rounds with various initial velocity and launch angle indicate that determining specific launch condition incorporated with the guidance scheme is of importance in terms of mechanical energy consumption.
We study a boundary optimal control problem of the fluid flow governed by the Navier-Stokes equations. the control problem is formulated with the flow through a channel with steps. The first-order optimality condition of the optimal control is derived. Finite element approximations of the solutions of the optimality system are defined and optimal error estimates are derived. finally, we present some numerical results.
In a computational fluid dynamics, the imposition of open boundary condition has an important part of the accuracy but it is not easy to find the optimal boundary rendition. This difficult is introduced by making artificial boundary in unbounded domairs. Such open boundary requires us to ensure the continuity of all primitive variables because the nature is in continuum. Here we introduce a revised well-conditioned open boundary condition particularly in FEM and apply it to various problems-entrainment, body force, short domains.
Necessary conditions of optimal distributed parameter control systems, Hamiltons coanonical equations, welerstress condition, transversality condition and boundary condition are obtained, when the control function is constrained and the performance index takes on the general form. Also it is concluded that the lumped parameter system is the special case of the distributed parameter system.
Based on Landau-type transformation, a Stefan problem with non-linear free boundary condition is transformed into a system consisting of parabolic equation and the ordinary differential equations. Semidiscrete approximations are constructed. Optimal orders of convergence of semidiscrete approximation in $L_2$, $H^1$ and $H^2$ normed spaces are derived.
This paper proposes an optimal redundancy resolution of a kinematically redundant manipulator while considering homotopy classes. The necessary condition derived by minimizing an integral cost criterion results in a second-order differential equation. Also boundary conditions as well as the necessary condition are required to uniquely specify the solution. In the case of a cyclic task, we reformulate the periodic boundary value problem as a two point boundary value problem to find an initial joint velocity as many dimensions as the degrees of redundancy for given initial configuration. Initial conditions which provide desirable solutions are obtained by using the basis of the null projection operator. Finally, we show that the method can be used as a topological lifting method of nonhomotopic extremal solutions and also show the optimal solution with considering the manipulator dynamics.
Kim, Moon-Sang;Jeon, Byung-Woo;Kim, Yong-Nyun;Kwon, Hyeok-Bin;Lee, Dong-Ho
Journal of Mechanical Science and Technology
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제15권5호
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pp.671-680
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2001
Boundary condition is one of the major factors to influence the numerical stability and solution accuracy in numerical analysis. One of the most important physical boundary conditions in the flowfield analysis is the wall boundary condition imposed on the body surface. To solve a two-dimensional Euler equation, totally four numerical wall boundary conditions should be prescribed. Two of them are supplied by the flow tangency condition. The other two conditions, therefore, should be prepared additionally in a suitable way. In this paper, four different sets of wall boundary conditions are proposed and then applied to solve high-speed flowfields around a quarter circle geometry. A two-dimensional compressible Euler solver is prepared based on the finite volume method. This solver hires three different upwind schemes; Steger-Warmings flux vector splitting, Roes flux difference splitting, and Lious advection upstream splitting method. It is found that the way to specify the additional numerical wall boundary conditions strongly affects the overall stability and accuracy of the upwind schemes in high-speed flow calculation. The optimal wall boundary conditions should be also chosen very carefully depending on the numerical schemes used to solve the problem.
A class of singular quadratic control problem is considered. The state is governed by a higher order system of ordinary linear differential equations and very general nonstandard boundary conditions. These conditions in many important cases reduce to standard boundary conditions and because of the conditions the usual controllability condition is not needed. In the special case where the coefficient matrix of the control variable in the cost functional is a time-independent singular matrix, the corresponding optimal control law as well as the optimal controller are computed. The method of investigation is based on the theory of least-squares solutions of multi-valued operator equations.
In [8] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities, which is useful for the problem with known stress intensity factor. They consider the Poisson equations with homogeneous Dirichlet boundary condition, compute the finite element solution using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor, then they pose a PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor, which converges with optimal speed. From the solution they could get accurate solution just by adding the singular part. This approach works for the case when we have the reasonably accurate stress intensity factor. In this paper we consider Poisson equations defined on a domain with a concave corner with Neumann boundary conditions. First we compute the stress intensity factor using the extraction formular, then find the regular part of the solution and the solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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