Tharwat Osman;Salwa A. Mohamed;Mohamed A. Eltaher;Mashhour A. Alazwari;Nazira Mohamed
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.25-43
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2024
In this article, a mathematical model is developed to predict the dynamic behavior of bio-inspired composite beam with helicoidal orientation scheme under variable axial load using a unified higher order shear deformation beam theory. The geometrical kinematic relations of displacements are portrayed with higher parabolic shear deformation beam theory. Constitutive equation of composite beam is proposed based on plane stress problem. The variable axial load is distributed through the axial direction by constant, linear, and parabolic functions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived in detail by Hamilton's principle. Using the differential quadrature method (DQM), the governing equations, which are integro-differential equations are discretized in spatial direction, then they are transformed into linear eigenvalue problems. The proposed model is verified with previous works available in literatures. Parametric analyses are developed to present the influence of axial load type, orthotropic ratio, slenderness ratio, lamination scheme, and boundary conditions on the natural frequencies of composite beam structures. The present enhanced model can be used especially in designing spacecrafts, naval, automotive, helicopter, the wind turbine, musical instruments, and civil structures subjected to the variable axial loads.
Ola Ragb;Mohamed Abd Elkhalek;M.S. Matbuly;Mohamed Salah;Mohamed Eltaher;Tharwat Osman
Steel and Composite Structures
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v.53
no.1
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pp.1-27
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2024
This work presents the effectiveness of differential quadrature shape functions (i.e., Lagrange interpolation polynomial, Cardinal sine function, Delta Lagrange kernel and Regularized Shannon kernel) in the solution of nonlinear vibration of multilayers piezoelectric plates with nonlinear elastic support. A piezoelectric composite laminated plate is rested on nonlinear Winkler and Visco-Pasternak elastic foundations problems. Based on 3D elasticity theory and piezoelectricity, the governing equations of motion are derived. Differential quadrature methods based on four shape functions are presented as numerical techniques for solving this problem. The perturbation method is implemented to solve the obtained nonlinear eigenvalue problem. A MATLAB code is written for each technique for solving this problem and extract the numerical results. To validate these methods, the computed results are we compare with the previous exact results. In addition, parametric analyses are offered to investigate the influence of length to thickness ratio, elastic foundation parameters, various boundary conditions, and piezoelectric layers thickness on the natural frequencies and mode shapes. Consequently, it is discovered that the obtained results via the proposed schemes can be applied in structural health monitoring.
Kim, Daehyun;Lee, Jingu;Jeong, Seonghee;Lee, Jaeeun;Kim, Younglok
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.8
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pp.868-876
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2016
MUSIC (multiple signal classification) algorithm is a representative algorithm estimating the angle of arrival using the eigenvalues and eigenvectors. Generally, the eigenvalues and eigenvectors are obtained through the eigen-analysis, but this analysis requires high computational complexity and late convergence time. For this reason, it is almost impossible to construct the real-time system with low-cost using this approach. Even though QR iteration is considered as the eigen-analysis approach to improve these problems, this is inappropriate to apply to the MUSIC algorithm. In this paper, we analyze the problems of conventional method based on the eigenvalues for convergence decision and propose the improved decision algorithm using the eigenvectors.
The purpose of this study is to propose a new on-line nonlinear PCA(OL-NPCA) method for a nonlinear feature extraction from the incremental data. Kernel PCA(KPCA) is widely used for nonlinear feature extraction, however, it has been pointed out that KPCA has the following problems. First, applying KPCA to N patterns requires storing and finding the eigenvectors of a N${\times}$N kernel matrix, which is infeasible for a large number of data N. Second problem is that in order to update the eigenvectors with an another data, the whole eigenspace should be recomputed. OL-NPCA overcomes these problems by incremental eigenspace update method with a feature mapping function. According to the experimental results, which comes from applying OL-NPCA to a toy and a large data problem, OL-NPCA shows following advantages. First, OL-NPCA is more efficient in memory requirement than KPCA. Second advantage is that OL-NPCA is comparable in performance to KPCA. Furthermore, performance of OL-NPCA can be easily improved by re-learning the data.
Many of the bridge systems, including the girders and cross-beams, and concrete decks behave as the special orthotropic plates. Such systems with boundary conditions other than Navier or Levy solution types, or with irregular cross sections, analytical solution is very difficult to obtain. Numerical method for eigenvalue problems are also very much involved in seeking such a solution. A method of calculating the natural frequency corresponding to the first mode of vibration of beam and tower structures with irregular cross-sections was developed and reported by Kim in 1974. Recently, this method was extended to two dimensional problems including composite laminates, and has been applied to composite plates with shear deformation effects. In this paper, application of this method to the specially orthotropic laminated plates with various boundary condition is accomplished and the result of analysis is presented.
In this paper, both an approximate expression and an exact expression for the contribution factor of an element to the natural frequency of the finite element discretized system of a structure in general and a membrane in particular have been derived from the energy conservation principle and the finite element formulation of structural eigenvalue problems. The approximate expression for the contribution factor of an element is used to predict and determine the elements to be removed in an iteration since it depends only on the quantities associated with the old system in the iteration. The exact expression for the contribution factor of an element makes it possible to check whether the element is correctly removed at the end of an iteration because it depends on both the old system and the new system in the iteration. Thus, the combined use of the approximate expression and the exact expression allows a considerable number of elements to be removed in a single iteration so that the efficiency of the evolutionary structural optimization method can be greatly improved for solving the natural frequency optimization problem of a structure. A square membrane with different boundary supports has been chosen to investigate the general evolutionary path for the fundamental natural frequency of the structure. The related results indicated that if the objective of a structural optimization is to raise the fundamental natural frequency of the structure to an optimal value, the general evolutionary path during its optimization is that the elements are gradually removed along the direction from the area surrounded by the contour of the highest value to that surrounded by the contour of the lowest value.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.3
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pp.624-631
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2011
In this paper, the RCF method is used in sensitivity analysis problems of the discrete power systems including both series FACTS equipments such as TCSC in transmission lines and generator controllers such as Exciter and PSS in generator terminal. To apply the RCF method in small signal stability problems of discrete power systems, state transition equations of controllers and TCSC are derived and the sensitivity calculation algorithm using state transition equations in discrete time domain is devised. The results of eigenvalue analysis showed that the variations of eigenvalues after periodic switching operations of TCSC can be calculated exactly by the RCF method and the change of firing angles in TCSC have important effect to determine the stability of power systems.
High-order harmonic techniques can be used to recreate neutron flux distributions in reactor cores using the neutron diffusion equation. However, traditional source iteration and source correction iteration techniques have sluggish convergence rates and protracted calculation periods. The correctness of the implicitly restarted Arnoldi method (IRAM) in resolving the eigenvalue problems of the one-dimensional and two-dimensional neutron diffusion equations was confirmed by computing the benchmark problems SLAB_1D_1G and two-dimensional steady-state TWIGL using IRAM. By integrating Galerkin projection with Proper Orthogonal Decomposition (POD) techniques, a POD-Galerkin reduced-order model was developed and the IRAM model was used as the full-order model. For 14 macroscopic cross-section values, the TWIGL benchmark problem was perturbed within a 20% range. We extracted 100 sample points using the Latin hypercube sampling method, and 70% of the samples were used as the testing set to assess the performance of the reduced-order model The remaining 30% were utilized as the training set to develop the reduced-order model, which was employed to rebuild the TWIGL benchmark problem. The reduced-order model demonstrates good flexibility and can efficiently and accurately forecast the effective multiplication factor and neutron flux distribution in the core. The reduced-order model predicts keff and neutron flux distribution with a high degree of agreement compared to the full-order model. Additionally, the reduced-order model's computation time is only 10.18% of that required by the full-order model.The neutron flux distribution of the steady-state TWIGL benchmark was recreated using the reduced-order model. The obtained results indicate that the reduced-order model can accurately predict the keff and neutron flux distribution of the steady-state TWIGL benchmark.Overall, the proposed technique not only has the potential to accurately project neutron flux distributions in transient settings, but is also relevant for reconstructing neutron flux distributions in steady-state conditions; thus, its applicability is bound to increase in the future.
Background : In these days, the health care organizations have concerned about customer-centered care in order to empower the competitiveness on the health care markets. The departments working for quality management of the hospitals have used health care quality indicators in terms of medical areas as well as service areas of the hospitals. However, there were insufficient efforts to develop the credible measurement to seek the customers' needs, their expectations and their satisfaction levels related to health care services because various kinds of challenges were in the process of scale development to measure customers' satisfaction in health care. The purpose of this study was to develop the satisfaction scale to health care services in a Korea health care organization and to test its tool with validity and reliability. Method : The concept of this tool was acceptability that one of the components of health care quality defined by Donabedian. Acceptability has the five dimensions of concept: Accessibility; Patient-Practitioner Relations; Amenities; Patient Preferences as to the effects of care; and Patient Preferences as to the costs of care. The Satisfaction Tool to Health Care Services was reviewed by expert panel with five researchers, including hospital managers and a professor related to quality management of the hospitals. As a result, the content validity index was .84 in the outpatient satisfaction tool. The inpatient satisfaction tool had .87 of the content validity index. The Satisfaction Tools to Health Care Services finally consisted of 44 items for outpatients/their families and of 60 items for inpatients/their families. Study subjects of the construct validity test were 479 outpatients/their families and 561 inpatients/their families who visited or admitted at a University hospital from July 1, 1996 through August 10, 1996. The data were examined by Factor Analysis with SPSS. Result : The items of Satisfaction tools for outpatients/their families were categorized by eleven factors with eigenvalue greater than 1.0 accounting for 64.2 percent of the variation in item scores. Also, the items of inpatient tool had eleven factors with eigenvalue greater than 1.0 accounting for 60.3 percent of the variation in item scores. The reliability of overall scale were .95 and .96 for the outpatients/their families satisfaction scores and inpatient/their families satisfaction scores. The internal consistency reliability with eleven factors was ranged from .30 to .94 for inpatients/their families. The Satisfaction Tool with eleven factors for inpatients/their families had internal consistency reliability ranged from .53 to .89. Conclusion : The Satisfaction Tools to Health Care Services focused on outpatients/their families and inpatients/their families developed in this study had a high reliability and the strong evidence of content validity and construct validity based on quality concept. Therefore, this tool would be utilized as a credible quality indicator of health care services to assess the quality problems and to monitor the quality improvement activities in Korean Health Care Organizations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.441-449
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2015
In this paper we perform a linearized buckling analysis using the Kirchhoff plate theory and the von Karman nonlinear strain-displacement relation. Design sensitivity analysis(DSA) expressions for plane elasticity and buckling problems are derived with respect to Young's modulus and thickness. Using the design sensitivity, we can formulate the topology optimization method for minimizing the compliance and maximizing eigenvalues. We develop a topology optimization method applicable to plate buckling problems using the prestress for buckling analysis. Since the prestress is needed to assemble the stress matrix for buckling problem using the von Karman nonlinear strain, we introduced out-of-plane motion. The design variables are parameterized into normalized bulk material densities. The objective functions are the minimum compliance and the maximum eigenvalues and the constraint is the allowable volume. Through several numerical examples, the developed DSA method is verified to yield very accurate sensitivity results compared with the finite difference ones and the topology optimization yields physically meaningful results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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