Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제25권4호
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pp.173-195
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2021
A new implicit discontinuous Galerkin spectral element method (DGSEM) based on the first order hyperbolic system(FOHS) is presented for solving elliptic type partial different equations, such as the Poisson problems. By utilizing the idea of hyperbolic formulation of Nishikawa[1], the original Poisson equation was reformulated in the first-order hyperbolic system. Such hyperbolic system is solved implicitly by the collocation type DGSEM. The steady state solution in pseudo-time, which is the solution of the original Poisson problem, was obtained by the implicit solution of the global linear system. The optimal polynomial orders of 𝒪(𝒽𝑝+1)) are obtained for both the solution and gradient variables from the test cases in 1D and 2D regular grids. Spectral accuracy of the solution and gradient variables are confirmed from all test cases of using the uniform grids in 2D.
In many of microdevices a part of a microbeam is covered by a piezoelectric layer. Depend on the application a DC or AC voltage is applied between upper and lower side of the piezoelectric layer. A common method in many of previous works for evaluating the response of these structures is discretizing by Galerkin method. In these works often single mode shape of a uniform microbeam i.e. the microbeam without piezoelectric layer has been used as comparison function, and so the convergence of the solution has not been verified. In this paper the Galerkin method is used for discretization, and a comprehensive analysis on the convergence of solution of equation that is discretized using this comparison function is studied for both clamped-clamped and clamped-free microbeams. The static and dynamic solution resulted from Galerkin method is compared to the modal expansion solution. In addition the static solution is compared to an exact solution. It is denoted that the required numbers of uniform microbeam mode shapes for convergence of static solution due to DC voltage depends on the position and thickness of deposited piezoelectric layer. It is shown that when the clamped-clamped microbeam is coated symmetrically by piezoelectric layer, then the convergence for static solution may be obtained using only first mode. This result is valid for clamped-free case when it is covered by piezoelectric layer from left clamped side to the right. It is shown that when voltage is AC then the number of required uniform microbeam shape mode for convergence is much more than the number of required mode in modal expansion due to the dynamic effect of piezoelectric layer. This difference increases by increasing the piezoelectric thickness, the closeness of the excitation frequency to natural frequency and decreasing the damping coefficient. This condition is often indefeasible in microresonator system. It is concluded that discreitizing the equation of motion using one mode shape of uniform microbeam as comparison function in many of previous works causes considerable errors.
Mercan, Bulent;Stolarski, Henryk K.;Schultz, Arturo E.
Computers and Concrete
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제18권1호
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pp.17-37
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2016
This paper compares the arc-length and explicit dynamic solution methods for nonlinear finite element analysis of prestressed concrete members subjected to monotonically increasing loads. The investigations have been conducted using an L-shaped, prestressed concrete spandrel beam, selected as a highly nonlinear problem from the literature to give insight into the advantages and disadvantages of these two solution methods. Convergence problems, computational effort, and quality of the results were investigated using the commercial finite element package ABAQUS. The work in this paper demonstrates that a static analysis procedure, based on the arc-length method, provides more accurate results if it is able to converge on the solution. However, it experiences convergence problems depending upon the choice of mesh configuration and the selection of concrete post-cracking response parameters. The explicit dynamic solution procedure appears to be more robust than the arc-length method in the sense that it provides acceptable solutions in cases when the arc-length approach fails, however solution accuracy may be slightly lower and computational effort may be significantly larger. Furthermore, prestressing forces must be introduced into the finite element model in different ways for the explicit dynamic and arc-length solution procedures.
Polatov, Askhad M.;Khaldjigitov, Abduvali A.;Ikramov, Akhmat M.
Advances in Computational Design
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제5권3호
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pp.305-321
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2020
In this paper is presented the solution method for three-dimensional problem of transversely isotropic body's elastoplastic deformation by the finite element method (FEM). The process of problem solution consists of: determining the effective parameters of a transversely isotropic medium; construction of the finite element mesh of the body configuration, including the determination of the local minimum value of the tape width of non-zero coefficients of equation systems by using of front method; constructing of the stiffness matrix coefficients and load vector node components of the equation for an individual finite element's state according to the theory of small elastoplastic deformations for a transversely isotropic medium; the formation of a resolving symmetric-tape system of equations by summing of all state equations coefficients summing of all finite elements; solution of the system of symmetric-tape equations systems by means of the square root method; calculation of the body's elastoplastic stress-strain state by performing the iterative process of the initial stress method. For each problem solution stage, effective computational algorithms have been developed that reduce computational operations number by modifying existing solution methods and taking into account the matrix coefficients structure. As an example it is given, the problem solution of fibrous composite straining in the form of a rectangle with a system of circular holes.
The histories and distributions of dynamic stresses in an orthotropic hollow cylinder under sinusoidal impact load are obtained by making use of eigenfunction expansion method in this paper. Dynamic equations for axially symmetric orthotropic problem are founded and results are carried out for a practical example in which an orthotropic hollow cylinder is in initially at rest and subjected to a dynamic interior pressure $p(t)=-{\sigma}_0(sin{\alpha}t+1)$. The features of the solution appear the propagation of the cylindrical waves. The other hand, a dynamic finite element solution for the same problem is also got by making use of structural software (ABAQUS) program. Comparing theoretical solution with finite element solution, it can be found that two kinds of results obtained by two different solving methods are suitably approached. Thus, it is further concluded that the method and computing process of the theoretical solution are effective and accurate.
This study proposes a new procedure to find an initial solution to reduce the number of iterations of goal programming. The process of computing an initial solution is divided into two steps in this study. Decision variables which satisfy feasibility using Gaussian eliminations construct an initial solution reducing the iterations in the first step. It uses LHS as a tool that decision variables construct an initial solution. The initial solution which is constructed by the first step computes the updated coefficient of the objective function in the second step. If the solution does not satisfy the optimality, the optimal solution using the Modified Simplex Method is sought. The developed method doesn't reduce the overall computing time of goal programming problems, because time is more required for the process of constructing an initial solution. But The result of this study shows that the proposed procedure can reduce the large number of iterations in the first step effectively.
In this paper, a general technique is proposed for solving a system of fourth-order boundary value problems. The solution is given in the form of series and its approximate solution is obtained by truncating the series. Advantages of the method are that the representation of exact solution is obtained in a new reproducing kernel Hilbert space and accuracy of numerical computation is higher. Numerical results show that the method employed in the paper is valid. Numerical evidence is presented to show the applicability and superiority of the new method.
KIEE International Transactions on Power Engineering
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제5A권3호
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pp.280-285
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2005
This paper proposes a novel method for determining the kind and rating of power quality solutions. To determine the kind of solution, event cause and direction are utilized. According to the event cause and direction, an adequate type of solution is determined for effective compensation. To rate the required capacity of solution, the concept of lost energy is adopted. Lost voltage, lost power and lost energy are calculated and the rating of the solution is determined to compensate a specific event. The rating method that utilizes the result of stochastic diagnosis is also proposed. A power quality index such as CP95 is adopted for solution suggestion. The method developed in this paper is applied to the test system and proved to be useful for enhancing the power quality of the customer system. It can provide customers with information pertaining to what is a proper and cost-effective solution among various compensating devices.
This study aims to determine the optimal solution to transportation problems. We proposed a novel approach for tackling the initial basic feasible solution. This is a critical step toward achieving an optimal or near-optimal solution. The transportation issue is an issue of distributing goods from several sources to several destinations. The literature demonstrates many ways to improve IBFS. In this work, to solve the IBFS, we suggested a new method based on the statistical formula called cumulative distribution function (CDF) in exponential distribution, and inverse contra-harmonic mean (ICHM). The spreadsheet converts transportation cost values into exponential cost cell values. The stepping-stone method is used to identify an optimum solution. The results are compared with other existing methodologies, the suggested method incorporates balanced, and unbalanced, maximizing the profits, random values, and case studies which produce more effective outcomes.
There are several methods, in the literature, for finding the fuzzy optimal solution of fully fuzzy transportation problems (transportation problems in which all the parameters are represented by fuzzy numbers). In this paper, the shortcomings of some existing methods are pointed out and to overcome these shortcomings, a new method (based on fuzzy linear programming formulation) is proposed to find the fuzzy optimal solution of unbalanced fuzzy transportation problems with a new representation of trapezoidal fuzzy numbers. The advantages of the proposed method over existing method are discussed. Also, it is shown that it is better to use the proposed representation of trapezoidal fuzzy numbers instead of existing representation of trapezoidal fuzzy numbers for finding the fuzzy optimal solution of fuzzy transportation problems. To illustrate the proposed method a fuzzy transportation problem (FTP) is solved by using the proposed method and the obtained results are discussed. The proposed method is easy to understand and to apply for finding the fuzzy optimal solution of fuzzy transportation problems occurring in real life situations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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