The large container ships and fast patrol boats are complex marine structures. Therefore, their global mechanical behaviour has long been modeled mostly by refined beam theories. Important issues of cross section warping and bending-torsion coupling have been addressed by introducing special functions in these theories with inherent assumptions and thus compromising their robustness. The 3D solid Finite Element (FE) models, on the other hand, are accurate enough but pose high computational cost. In this work, different marine vessel structures have been analysed using the well-known Carrera Unified Formulation (CUF). According to CUF, the governing equations (and consequently the finite element arrays) are written in terms of fundamental nuclei that do not depend on the problem characteristics and the approximation order. Thus, refined models can be developed in an automatic manner. In the present work, a particular class of 1D CUF models that was initially devised for the analysis of aircraft structures has been employed for the analysis of marine structures. This class, which was called Component-Wise (CW), allows one to model complex 3D features, such as inclined hull walls, floors and girders in the form of components. Realistic ship geometries were used to demonstrate the efficacy of the CUF approach. With the same level of accuracy achieved, 1D CUF beam elements require far less number of Degrees of Freedom (DoFs) compared to a 3D solid FE solution.
Petrolo, Marco;Carrera, Erasmo;Alawami, Ali Saeghier Ali Saeed
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.3
no.1
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pp.95-112
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2016
This paper presents the free vibration analysis of damaged beams by means of 1D (beam) advanced finite element models. The present 1D formulation stems from the Carrera Unified Formulation (CUF), and it leads to a Component-Wise (CW) modelling. By means of the CUF, any order 2D and 1D structural models can be developed in a unified and hierarchical manner, and they provide extremely accurate results with very low computational costs. The computational cost reduction in terms of total amount of DOFs ranges from 10 to 100 times less than shell and solid models, respectively. The CW provides a detailed physical description of the real structure since each component can be modelled with its material characteristics, that is, no homogenization techniques are required. Furthermore, although 1D models are exploited, the problem unknown variables can be placed on the physical surfaces of the real 3D model. No artificial surfaces or lines have to be defined to build the structural model. Global and local damages are introduced by decreasing the stiffness properties of the material in the damaged regions. The results show that the proposed 1D models can deal with damaged structures as accurately as a shell or a solid model, but with far lower computational costs. Furthermore, it is shown how the presence of damages can lead to shell-like modal shapes and torsional/bending coupling.
LDA (Linear Discriminant Analysis) is a data discrimination technique that seeks transformation to maximize the ratio of the between-class scatter and the within-class scatter While it has been successfully applied to several applications, it has two limitations, both concerning the underfitting problem. First, it fails to discriminate data with complex distributions since all data in each class are assumed to be distributed in the Gaussian manner; and second, it can lose class-wise information, since it produces only one transformation over the entire range of classes. We propose three extensions of LDA to overcome the above problems. The first extension overcomes the first problem by modeling the within-class scatter using a PCA mixture model that can represent more complex distribution. The second extension overcomes the second problem by taking different transformation for each class in order to provide class-wise features. The third extension combines these two modifications by representing each class in terms of the PCA mixture model and taking different transformation for each mixture component. It is shown that all our proposed extensions of LDA outperform LDA concerning classification errors for handwritten digit recognition and alphabet recognition.
Component-Based Development (CBD) focuses on developing reusable components and assembling them into target applications. Service-Oriented Computing (SOC) is a relatively new paradigm where reusable services are developed, published, and composed into target service applications. Due to the popularity of CBD, many organizations already have CBD models for their applications. Hence, it is feasible and appealing to develop SOC applications economically by transforming existing CBD models, rather than developing SOC applications from the scratch. Our research is to develop a methodology for transforming existing CBD design into Service-Oriented Architecture (SOA) design. In this paper, we first compare the two paradigms and their key elements for the design; CBD design and SOA design. Then, we define mapping relationships of the transformation. For each transformation mapping, we present step-wise instructions. The benefit of applying this transformation is to increase reusability of existing design assets, to maintain the consistency between existing CBD and SOC models, and reduced cost for deploying service-oriented applications.
Thomson, Jennifer E.;Poudrier, Grace;Stranix, John T.;Motosko, Catherine C.;Hazen, Alexes
Archives of Plastic Surgery
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v.45
no.5
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pp.395-402
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2018
Increased emphasis on competency-based learning modules and widespread departure from traditional models of Halstedian apprenticeship have made surgical simulation an increasingly appealing component of medical education. Surgical simulators are available in numerous modalities, including virtual, synthetic, animal, and non-living models. The ideal surgical simulator would facilitate the acquisition and refinement of surgical skills prior to clinical application, by mimicking the size, color, texture, recoil, and environment of the operating room. Simulation training has proven helpful for advancing specific surgical skills and techniques, aiding in early and late resident learning curves. In this review, the current applications and potential benefits of incorporating simulation-based surgical training into residency curriculum are explored in depth, specifically in the context of plastic surgery. Despite the prevalence of simulation-based training models, there is a paucity of research on integration into resident programs. Current curriculums emphasize the ability to identify anatomical landmarks and procedural steps through virtual simulation. Although transfer of these skills to the operating room is promising, careful attention must be paid to mastery versus memorization. In the authors' opinions, curriculums should involve step-wise employment of diverse models in different stages of training to assess milestones. To date, the simulation of tactile experience that is reminiscent of real-time clinical scenarios remains challenging, and a sophisticated model has yet to be established.
Refat, Mohamed;Zappino, Enrico;Sanchez-Majano, Alberto Racionero;Pagani, Alfonso
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.9
no.4
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pp.301-318
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2022
This paper presents the free vibration analysis of 3D printed sandwich beams by using high-order theories based on the Carrera Unified Formulation (CUF). In particular, the component-wise (CW) approach is adopted to achieve a high fidelity model of the printed part. The present model has been used to build an accurate database for collecting first natural frequency of the beams, then predicting Young's modulus based on an inverse problem formulation. The database is built from a set of randomly generated material properties of various values of modulus of elasticity. The inverse problem then allows finding the elastic modulus of the input parameters starting from the information on the required set of the output achieved experimentally. The natural frequencies evaluated during the experimental test acquired using a Digital Image Correlation method have been compared with the results obtained by the means of CUF-CW model. The results obtained from the free-vibration analysis of the FDM beams, performed by higher-order one-dimensional models contained in CUF, are compared with ABAQUS results both first five natural frequency and degree of freedoms. The results have shown that the proposed 1D approach can provide 3D accuracy, in terms of free vibration analysis of FDM printed sandwich beams with a significant reduction in the computational costs.
The flow and heat transfer characteristics of a heat exchanger having rectangular pin-fin in the flow direction have been investigated numerically. On the bottom plate, the convective boundary conditions for the hot side was given, and the fins were arranged in a channel-type geometric model using the periodic boundary condition in the span-wise direction. Three-dimensional numerical calculations for the flow and conjugate heat transfer problem were conducted using SIMPLE algorithm and $k-{\varepsilon}$ turbulence model. For the slanted pin-fin models, it was found that the downward cooling flow is generated due to the downward pressure gradient component, which can enhance the heat transfer performance near the bottom surface and the fin stem region. Four different inclined angles were considered in the Reynolds number range of 13,500-55,000. The aero-thermal performance of the slanted pin-fin heat exchangers, such as the volume and area goodness factors, were summarized and compared with the baseline plate-fin type heat exchanger quantitatively.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.16
no.2
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pp.179-184
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2006
An intuitive understanding of the dynamic pattern generation in asymmetric networks may be considered an essential component in developing models for the dynamic information processing. It has been reported that the neural network with cyclic connections generates multiple limit cycles. The dynamics of discrete time network with cyclic connections has been investigated intensively. However, the dynamics of a cyclic connection neural network in continuous-time has not been well-known due to the considerable complexity involved in its calculation. In this paper, the dynamic behavior of a continuous-time cyclic connection neural network, in which each neuron is connected only to its nearest neurons with binary synaptic weights of ${\pm}1$, has been investigated. Furthermore, the dynamics and stability of the network have been analyzed using a piece-wise linear approximation.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.15
no.4
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pp.128-138
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2014
Development of infrastructure component libraries is a critical requirement for the accelerated adoption of BIM in the civil engineering sector. Libraries reduce the time for BIM model creation, allows accurate quantity take offs, and shared use of standard models in a project. However, such libraries are currently in very short supply in the domestic infrastructure domain. This research introduces library components for retaining walls and box culverts generated from 2D standard drawings made publicly available by MOLIT. Commercial BIM software was used to create the concrete geometry and rebar, and dimensional/volumetric parameters were defined to maximize the reuse and generality of the libraries. Use of the these libraries in a project context demonstrates that they allow accurate and quick quantity take offs, and easier management of geometric information through the use of a single library as to numerous 2D drawings. It also demonstrates the easy modification of the geometries of the components if and when they need to changed. However, the application also showed that some of the rebar components (stirrups and length wise rebars) do not get properly updated when concrete geometries are changed, demonstrating the limits of current software applications. The research provides evidence of the many advantages of using BIM libraries in the civil engineering, thus providing the incentive for further development of standard libraries and promoting the use of BIM in infrastructure projects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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