The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.1
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pp.95-100
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2013
This paper presents a new state feedback control approach for communication networks based control systems in which control input and output observation time-delay natures are generally occurred in practice. We first establish a generic state feedback control framework based on well-known linear system theory. A maximum time-delay value which allows critical stability of whole control system are defined to make a positive definite Lyapunov function which is mathematically composed of controlled system states. We analytically derive its control parameters by using a steepest descent optimization method in order to guarantee a stability condition through Lyapunov theory. Computer simulation is numerically carried out for demonstrating reliability of the proposed NCS algorithm and a comparative study is accomplished to prove its superiority for which the traditional control approach for NCS is made use of under same simulation scenarios.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.2
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pp.189-196
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2009
This paper presents the subparametric finite element model formulated by partial-linear layerwise theory for the analysis of laminate composites. The proposed model is based on refined approximations of two dimensional plane for orthotropic thick laminate plate as well as thin case. Three dimensional problem can be reduced to two dimensional case by assuming piecewise linear variation of in-plane displacement and a constant value of out-of-plane displacement across the thickness. The integrals of Legendre polynomials are chosen to define displacement fields and Gauss-Lobatto numerical integration is implemented in order to directly obtain maximum values occurred at the nodal points of each layer without other extrapolation techniques. The validity and characteristics of the proposed model have been tested by using orthotropic multilayered plate problem as compared to the values available in the published references. In this study, the convergence test has been carried out to determine the optimal layer model in terms of central deflection and stresses. Also, the distribution of displacements and stresses across the thickness has been investigated as the number of layer is increased.
Mustafa Oguz Nalbant;Suleyman Murat Bagdatli;Ayla Tekin
Advances in nano research
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v.15
no.3
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pp.215-224
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2023
Nonlinearity plays an important role in control systems and the application of design. For this reason, in addition to linear vibrations, nonlinear vibrations of the stepped nanobeam are also discussed in this manuscript. This study investigated the vibrations of stepped nanobeams according to Eringen's nonlocal elasticity theory. Eringen's nonlocal elasticity theory was used to capture the nanoscale effect. The nanoscale stepped Euler Bernoulli beam is considered. The equations of motion representing the motion of the beam are found by Hamilton's principle. The equations were subjected to nondimensionalization to make them independent of the dimensions and physical structure of the material. The equations of motion were found using the multi-time scale method, which is one of the approximate solution methods, perturbation methods. The first section of the series obtained from the perturbation solution represents a linear problem. The linear problem's natural frequencies are found for the simple-simple boundary condition. The second-order part of the perturbation solution is the nonlinear terms and is used as corrections to the linear problem. The system's amplitude and phase modulation equations are found in the results part of the problem. Nonlinear frequency-amplitude, and external frequency-amplitude relationships are discussed. The location of the step, the radius ratios of the steps, and the changes of the small-scale parameter of the theory were investigated and their effects on nonlinear vibrations under simple-simple boundary conditions were observed by making comparisons. The results are presented via tables and graphs. The current beam model can assist in designing and fabricating integrated such as nano-sensors and nano-actuators.
Quantitative Feedback Theory (QFT) is one of most effective methods of robust controller design and can be considered as a suitable method for systems with parametric uncertainties. Particularly it allows us to obtain controllers less conservative than other methods like $H_{\infty}$ and ${\mu}$-synthesis. In QFT method, we transform all the uncertainties and desired specifications to some boundaries in Nichols chart and then we have to find the nominal loop transfer function such that satisfies the boundaries and has the minimum high frequency gain. The major drawback of the QFT method is that there is no effective and useful method for finding this nominal loop transfer function. The usual approach to this problem involves loop-shaping in the Nichols chart by manipulating the poles and zeros of the nominal loop transfer function. This process now aided by recently developed computer aided design tools proceeds by trial and error and its success often depends heavily on the experience of the loop-shaper. Thus for the novice and First time QFT user, there is a genuine need for an automatic loop-shaping tool to generate a first-cut solution. In this paper, we approach the automatic QFT loop-shaping problem by using an algorithm involving Linear Programming (LP) techniques and Genetic Algorithm (GA).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.11
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pp.1059-1068
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2007
Nonlinear response structural optimization is performed using equivalent loads (NROEL). Nonlinear response optimization is extremely cost because many nonlinear analyses are required. In NROEL, the external loads are transformed to the equivalent loads (EL) for linear static analysis and linear response optimization is carried out based on the EL in a cyclic manner until the convergence criteria are satisfied. EL is the load set which generates the same response field of linear analysis as that of nonlinear analysis. The primitive from of theory has been published. In this research, the theory is investigated with large scale example problems. Four examples are solved by using NROEL. Conventional optimization with sensitivity analysis using the finite difference method (FDM) is also applied to the same examples. Moreover, response surface optimization method is applied to the last two examples. The results of the optimizations are compared. In nonlinear response optimization of large scale problems, hundreds (or even thousands) of nonlinear analyses are expected to satisfy the convergence criteria. However, in nonlinear response optimization using equivalent loads, only tens of nonlinear analyses are required. The results are discussed and the usefulness of NROEL is presented.
This paper investigates the characteristics of waves generated by a flap-type wave maker in a two-dimensional wave channel. Measurements are carried out for various water depths, wave heights, periods, and lengths capacitance-type wave height gages. The experimental results are shown to satisfy the dispersion relation of the linear wave theory. For waves with a small height and long period, the wave profiles agree well with those of the linear wave theory. However, as the wave height and period become higher and shorter, respectively, it is shown that the wave profiles measured in the present experiments are different from the linear wave profiles, and the measured wave heights are smaller than the target wave heights, which may be due to the non-linearity of the waves. As the wave progresses toward the channel end, the wave height gradually decreases. This reduction in the wave height along the wave channel is explained by the wave energy dissipation due to the friction of the side walls of the channel. The performance of the wave absorber in the channel is found to be acceptable from the results of the wave reflection tests.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.326-331
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2004
The linear motion (LM) guide using ball bearing has many advantages compared with conventional sliding guides. Therefore, LM guide using ball bearing has been used widely to increase the accuracy of the position of a system. This research investigates dynamic characteristics of LM guide through mainly linear analysis. Linear analysis is accomplished by Lagrange equation and finite element method. And another trial that is nonlinear analysis about one mode of LM guide(bouncing mode) from Hertzian contact theory is accomplished in the latter half of this research. Through nonlinear analysis we could observe the softening characteristic due to the Hertzian contact nonlinearity.
In this work, superharmonic and subharmonic resonance of rotating stiffened FGM truncated conical shells exposed to harmonic excitation in a thermal environment is investigated. Utilizing classical shell theory considering Coriolis acceleration and the centrifugal force, the governing equations are extracted. Non-linear model is formulated employing the von Kármán non-linear relations. In this study, to model the stiffener effects the smeared stiffened technique is utilized. The non-linear partial differential equations are discretized into non-linear ordinary differential equations by applying Galerkin's method. The method of multiple scales is utilized to examine the non-linear superharmonic and subharmonic resonances behavior of the conical shells. In this regard, the effects of the rotating speed of the shell on the frequency response plot are investigated. Also, the effects of different semi-vertex angles, force amplitude, volume-fraction index, and temperature variations on the frequency-response graph are examined for different rotating speeds of the stiffened FGM truncated conical shells.
Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.16
no.6
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pp.559-576
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2014
A new mathematical model and its finite element formulation for the non-linear stress-strain analysis of a planar beam strengthened with plates bolted or adhesively bonded to its lateral sides is presented. The connection between the layers is considered to be flexible in both the longitudinal and the transversal direction. The following assumptions are also adopted in the model: for each layer (i.e., the beam and the side plates) the geometrically linear and materially non-linear Bernoulli's beam theory is assumed, all of the layers are made of different homogeneous non-linear materials, the debonding of the beam from the side-plates due to, for example, a local buckling of the side plate, is prevented. The suitability of the theory is verified by the comparison of the present numerical results with experimental and numerical results from literature. The mechanical response arising from the theoretical model and its numerical formulation has been found realistic and the numerical model has been proven to be reliable and computationally effective. Finally, the present formulation is employed in the analysis of the effects of two different realizations of strengthening of a characteristic simply supported flexural beam (plates on the sides of the beam versus the tension-face plates). The analysis reveals that side plates efficiently enhance the bearing capacity of the flexural beam and can, in some cases, outperform the tensile-face plates in a lower loss of ductility, especially, if the connection between the beam and the side plates is sufficiently stiff.
Let L(M) be the bundle of all linear frames over $M,\;u$ an arbitrarily given point of L(M), and ${\nabla}\;:\;\mathfrak{X}(M)\;{\times}\;\mathfrak{X}(M)\;\rightarrow\;\mathfrak{X}(M)$ a linear connection on L(M). Then the following results are well known: the horizontal subspace and the connection form at the point $u$ may be written in terms of local coordinates of $u\;{\epsilon}\;L(M)$ and Christoffel's symbols defined by $\nabla$. These results are very fundamental on the study of the theory of connections. In this paper we show that the local expressions of those at the point $u$ do not depend on the choice of a local coordinate system around the point $u\;{\epsilon}\;L(M)$, which is rarely seen. Moreover we give full explanations for the following fact: the covariant derivative on M which is defined by the parallelism on L(M), determined from the connection form above, coincides with $\nabla$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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