The stochastic optimal nonlinear control of coupled adjacent building structures is studied based on the stochastic dynamical programming principle and the stochastic averaging method. The coupled structures with control devices under random seismic excitation are first condensed to form a reduced-order structural model for the control analysis. The stochastic averaging method is applied to the reduced model to yield stochastic differential equations for structural modal energies as controlled diffusion processes. Then a dynamical programming equation for the energy processes is established based on the stochastic dynamical programming principle, and solved to determine the optimal nonlinear control law. The seismic response mitigation of the coupled structures is achieved through the structural energy control and the dimension of the optimal control problem is reduced. The seismic excitation spectrum is taken into account according to the stochastic dynamical programming principle. Finally, the nonlinear controlled structural response is predicted by using the stochastic averaging method and compared with the uncontrolled structural response to evaluate the control efficacy. Numerical results are given to demonstrate the response mitigation capabilities of the proposed stochastic optimal control method for coupled adjacent building structures.
In this paper, the Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) code is coupled with an in-house finite-element code to study the dynamic interaction between a floating buoy and its mooring system. Hydrodynamic loads on the buoy are predicted with the FANS module, in which Large Eddy Simulation (LES) is used as the turbulence model. The mooring lines are modeled based on a slender body theory. Their dynamic responses are simulated with a nonlinear finite element module, MOORING3D. The two modules are coupled by transferring the forces and displacements of the buoy and its mooring system at their connections through an interface module. A free-decay model test was used to calibrate the coupled method. In addition, to investigate the capability of the present coupled method, numerical simulations of two degree-of-freedom vortex-induced motion of a CALM buoy in uniform currents were performed. With the study it can be verified that accurate predictions of the motion responses and tension responses of the CALM buoy system can be made with the coupling CFD-FEM method.
The in-situ resource utilization (ISRU) for sustainable lunar surface and deep space explorations has recently gained attention. Also, research on the development of construction material preparation technology using lunar regolith is in progress. Microwave sintering technology for construction material preparation does not require a binder and is energy efficient. This study applies microwave sintering technology to KLS-1, a Korean lunar simulant. It is crucial to secure the homogeneity to produce a sintered specimen for construction material. Therefore, understanding the interactions between microwaves, cavities, and raw materials is required. Using a numerical model in terms of efficient assessment of several cases and establishment of equipment operating conditions is a very efficient approach. Therefore, this study also proposes and verifies a coupled electric-thermal numerical model through cross-validation and comparison with experimental results. The numerical model proposed in this study will be used to present an efficient method for producing construction material using microwave sintering technology.
Aerodynamic forces of vortex-induced vibration and galloping are going to be coupled when their onset velocities are close to each other, which will induce the cross-wind amplitudes of the structures increased continuously with ever-increasing wind velocities. The main purpose of the present work is going to propose an empirical formula to predict the response amplitude of VIV-galloping interaction. Firstly, two typical mathematical models for the coupled oscillations, i.e., Tamura & Shimada model and Parkinson & Corless model are comparatively summarized. Then, the key parameter affecting response amplitude is determined through comparative numerical simulations with Tamura & Shimada model. For rectangular cylinders with the side ratio from 0.5 to 2.5, which are actually prone to develop the VIV and galloping induced interaction responses, an empirical amplitude prediction formula is proposed after regression analysis on comprehensively collected experimental data with the predetermined key parameter.
In laminar non-premixed flame situation, the flamelet model is not suitable for simulating slow processor like soot and radiation. Thus in this study, we overcome this limitation by using the transient flamelet model. Also, for soot formation on laminar non-premixed flame, transient flamelet coupled with two-equation soot model has been adopted due to its inherent advantages in terms of accuracy and availability. Based on numerical results, the detailed discussion has been made for the precise structure and soot formation processes in the pressurized methane air flames.
Tasiopoulou, Panagiota;Taiebat, Mahdi;Tafazzoli, Nima;Jeremic, Boris
Coupled systems mechanics
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v.4
no.1
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pp.37-65
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2015
Modeling and simulation of mechanical response of infrastructure object, solids and structures, relies on the use of computational models to foretell the state of a physical system under conditions for which such computational model has not been validated. Verification and Validation (V&V) procedures are the primary means of assessing accuracy, building confidence and credibility in modeling and computational simulations of behavior of those infrastructure objects. Validation is the process of determining a degree to which a model is an accurate representation of the real world from the perspective of the intended uses of the model. It is mainly a physics issue and provides evidence that the correct model is solved (Oberkampf et al. 2002). Our primary interest is in modeling and simulating behavior of porous particulate media that is fully saturated with pore fluid, including cyclic mobility and liquefaction. Fully saturated soils undergoing dynamic shaking fall in this category. Verification modeling and simulation of fully saturated porous soils is addressed in more detail by (Tasiopoulou et al. 2014), and in this paper we address validation. A set of centrifuge experiments is used for this purpose. Discussion is provided assessing the effects of scaling laws on centrifuge experiments and their influence on the validation. Available validation test are reviewed in view of first and second order phenomena and their importance to validation. For example, dynamics behavior of the system, following the dynamic time, and dissipation of the pore fluid pressures, following diffusion time, are not happening in the same time scale and those discrepancies are discussed. Laboratory tests, performed on soil that is used in centrifuge experiments, were used to calibrate material models that are then used in a validation process. Number of physical and numerical examples are used for validation and to illustrate presented discussion. In particular, it is shown that for the most part, numerical prediction of behavior, using laboratory test data to calibrate soil material model, prior to centrifuge experiments, can be validated using scaled tests. There are, of course, discrepancies, sources of which are analyzed and discussed.
Chae-Soon Choi;Yong-Ki Lee;Sehyeok Park;Kyung-Woo Park
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.4
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pp.429-453
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2022
Numerical modeling and scenario composition are needed to characterize the geological environment of the disposal site and analyze the long-term evolution of natural barriers. In this study, processes and features of the hydro-mechanical behavior of natural barriers were categorized and represented using the interrelation matrix proposed by SKB and Posiva. A hydro-mechanical coupled model was evaluated for analyzing stress field changes and fracture zone re-activation. The processes corresponding to long-term evolution and the hydro-mechanical mechanisms that may accompany critical processes were identified. Consequently, practical numerical methods could be considered for these geological engineering issues. A case study using a numerical method for the stability analysis of an underground disposal system was performed. Critical stress distribution regime problems were analyzed numerically by considering the strata's movement. Another case focused on the equivalent continuum domain composition under the upscaling process in fractured rocks. Numerical methods and case studies were reviewed, confirming that an appropriate and optimized modeling technique is essential for studying the stress state and geological history of the Korean Peninsula. Considering the environments of potential disposal sites in Korea, selecting the optimal application method that effectively simulates fractured rocks should be prioritized.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.33-41
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2006
Theoretical-numerical approach of combustion instability in a specific rocket engine is conducted with parametric response functions. Fluctuating instantaneous burning rate is assumed to be functionally coupled with acoustic pressures and have a finite or time-varying amplitudes and phase lags. Only when the amplitudes and phases of combustion response function are sufficiently large and small respectively, the triggered unstable waves are amplified.
Gradient enhanced theories of crystal plasticity enjoy great research interest. The focus of this work is on thermodynamically consistent modeling of grain size dependent hardening effects. In this contribution, we develop a model framework for damage coupled to gradient enhanced crystal thermoplasticity. The damage initiation is directly linked to the accumulated plastic slip. The theoretical setting is that of finite strains. Numerical results on single-crystalline metal showing the development of damage conclude the paper.
The importance of unsaturated state in various geo-engineering problems has led to the advance of mechanical constitutive model emulating behavior of unsaturated soils in response to thermo-hydro-mechanical loading. Elasto-plastic mechanical constitutive model for unsaturated soil is formulated based on Bishop's effective stress. Effective stress and temperature are main variables in constitutive equation, and incremental formulation of constitutive relationship is derived to compute stress update and stiffness tensor. Numerical simulations involving coupled THM processes are conducted to discuss numerical stability and applicability of developed constitutive model: one-dimensional test, tri-axial compression test, and clay-buffering at high level radioactive waste disposal. Numerical results demonstrated that developed model can predict very complex behavior of coupled THM phenomena and is applicable to geo-engineering problems under various environmental conditions, as well as interpret typical behavior of unsaturated soils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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