Pakravan, Alireza;Kang, Jun Won;Newtson, Craig M.;Kallivokas, Loukas F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.51
no.4
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pp.685-705
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2014
This paper presents a new formulation for forward scalar wave simulations in semi-infinite media. Perfectly-Matched-Layers (PMLs) are used as a wave absorbing boundary layer to surround a finite computational domain truncated from the semi-infinite domain. In this work, a hybrid formulation was developed for the simulation of scalar wave motion in two-dimensional PML-truncated domains. In this formulation, displacements and stresses are considered as unknowns in the PML domain, while only displacements are considered to be unknowns in the interior domain. This formulation reduces computational cost compared to fully-mixed formulations. To obtain governing wave equations in the PML region, complex coordinate stretching transformation was introduced to equilibrium, constitutive, and compatibility equations in the frequency domain. Then, equations were converted back to the time-domain using the inverse Fourier transform. The resulting equations are mixed (contain both displacements and stresses), and are coupled with the displacement-only equation in the regular domain. The Newmark method was used for the time integration of the semi-discrete equations.
In tire presence of incident waves with different frequencies, there are second order sum and difference frequency wave exciting forces due to the nonlinearity of tire incident waves. Although the magnitude of these nonlinear wave forces are small, they act on TLPs at sum and difference frequencies away from those of the incident waves. So, the second order sum and difference frequency waveexciting forces occurring close to tire natural frequencies of TLPs often give greater contributions to high and law frequency resonant responses. Nonlinear motion responses and tension variations in the time domain are analyzed by solving the motion equations with nonlinear wave exciting forces using tire numerical analysismethod. The numerical results of time domain analysis for the nonlinear wave exciting forces on the ISSC TLP in regular waves are compared with the numerical and experimental ones of frequency domain analysis. The results of this comparison confirmed tire validity of the proposed approach.
We introduce and anlyze a naturally parallelizable frequency-domain method for parabolic problems with a Neumann boundary condition. After taking the Fourier transformation of given equations in the space-time domain into the space-frequency domain, we solve an indefinite, complex elliptic problem for each frequency. Fourier inversion will then recover the solution of the original problem in the space-time domain. Existence and uniqueness of a solution of the transformed problem corresponding to each frequency is established. Fourier invertibility of the solution in the frequency-domain is also examined. Error estimates for a finite element approximation to solutions fo transformed problems and full error estimates for solving the given problem using a discrete Fourier inverse transform are given.
Frequency detector is a circuit that converts the frequency to a digital representation and finds its application in various fields such as modulator and synchronization circuitry. In this paper, a couple of first-order and second-order frequency discriminator structures are modeled and analyzed with their quantization noise sources. Also a delta-sigma frequency detector architecture is proposed. Through theoretical analysis and derived equations, the output noise is obtained, which is validated by simulation. The proposed all-digital frequency discriminator may be applied in the feedback path of the all-digital phase-locked loop.
Ultrasonic attenuation is an important parameter in Quantitative Ultrasound and many algorithms have been proposed to improve estimation accuracy and repeatability for multiple independent estimates. In this work, we propose an improved algorithm for estimating ultrasonic attenuation utilizing the optimal frequency compounding technique based on stochastic noise model. We formulate mathematical compounding equations in the AWGN channel model and solve optimization problems to maximize the signal-to-noise ratio for multiple frequency components. Individual estimates are calculated by the reference phantom method which provides very stable results in uniformly attenuating regions. We also propose the guideline to select frequency ranges of reflected RF signals. Simulation results using numerical phantoms show that the proposed optimal frequency compounding method provides improved accuracy while minimizing estimation bias. The estimation variance is reduced by only 16% for the un-compounding case, whereas it is reduced by 68% for the uniformly compounding case. The frequency range corresponding to the half-power for reflected signals also provides robust and efficient estimation performance.
Yoon, Ik Keun;Dan, Seung Kyu;Jung, Ho Jin;Hong, Seong Kyeong
Journal of the Korean Society of Safety
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v.35
no.5
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pp.15-21
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2020
Quantitative risk assessment (QRA) is used as a legal or voluntary safety management tool for the hazardous material industry and the utilization of the method is gradually increasing. Therefore, a leak frequency analysis based on reliable generic data is a critical element in the evolution of QRA and safety technologies. The aim of this paper is to derive the leak frequency function that can be applied more flexibly in QRA based on OGP report with high reliability and global utilization. For the purpose, we first reviewed the data on the 16 equipments included in the OGP report and selected the predictors. And then we found good equations to fit the OGP data using non-linear regression analysis. The various expectation functions were applied to search for suitable parameter to serve as a meaningful reference in the future. The results of this analysis show that the best fitting parameter is found in the form of DNV function and connection function in natural logarithm. In conclusion, the average percentage error between the fitted and the original value is very small as 3 %, so the derived prediction function can be applicable in the quantitative frequency analysis. This study is to contribute to expand the applicability of QRA and advance safety engineering as providing the generic equations for practical leak frequency analysis.
The electromagnetic field can cause an essential change of the dynamic behavior of the railgun. The evaluation of the dynamics performance of railgun is a mandatory task. Here, a nonlinear electromagnetic force equation of the railgun is given in which the clearance, the thickness and the width of the rail are considered. Based on it, the nonlinear electromechanical coupled dynamics equations of Euler beam rails for the railgun are proposed. Using the equations, the nonlinear free vibration frequency of the railgun is investigated and the effects of the system parameters on the frequency are analyzed. The nonlinear forced responses of the rail to the electromagnetic excitation are investigated as well. The results show that as the nonlinearity of the railgun system is considered, the vibration frequencies of the railgun system increase; as the current in the rail increases, the difference between the natural frequencies and the nonlinear vibration frequencies increases significantly; the nonlinearity of the railgun system is more obvious for smaller distance between the two rails, smaller rail thickness, and smaller stiffness of the elastic foundation; the unstable dynamics state of the rail system occurs when the armature runs to the exit of the railgun. The results are useful for design and application of the railgun system.
Arani, Ali Ghorbanpour;Maraghi, Zahra Khoddami;Ferasatmanesh, Maryam
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.1
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pp.65-76
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2017
This research investigated the vibration frequency of sandwich plate made of piezoelectric fiber reinforced composite core (PFRC) and face sheets of piezomagnetic materials. The effective electroelastic constants for PFRC materials are obtained by the micromechanical approach. The resting medium of sandwich plate is modeled by Pasternak foundation including normal and shear modulus. Besides, sandwich plate is subjected to linearly varying normal stresses that change by load factor. The coupled equations of motion are derived using first order shear deformation theory (FSDT) and energy method. These equations are solved by differential quadrature method (DQM) for simply supported boundary condition. A detailed numerical study is carried out based on piezoelectricity theory to indicate the significant effect of load factor, volume fraction of fibers, modulus of elastic foundation, core-to-face sheet thickness ratio and composite materials on dimensionless frequency of sandwich plate. These findings can be used to aerospace, building and automotive industries.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.26
no.11B
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pp.1600-1606
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2001
Resonant frequency in rectangular microstrip patch antenna on anisotropic substrates with airgap and superstrate are analyzed. Dyadic Green function is derived for selected anisotropic material by constitutive relation. From these results, integral equations of electric fields are formulated using Fourier transform in space region. The electric field integral equations are discretized into the matrix form by applying Galerkin\`s moment method. Sinusoidal functions are selected as basis functions because they resemble in the actual standing wave on the patch. To verify the validity of numerical result, we compare our result with existing one and get a good agreement between them. From the numerical results, the resonant frequency in the variation of air gap, patch length and anisotropy ratio are presented and analysed.
The results of a simulation study of variable liquid column oscillations in U-tanks with a novel control scheme are presented. The configuration under investigation is analogous to that of the tuned liquid-column damper used to suppress oscillatory motion in large structures like tall buildings and cargo ships. However, by virtue of an adequate controller, the response of amplitude of the U-tanks becomes larger in a desired frequency range. The motion of wave energy conversion system equipped with a variable liquid column oscillator is described by a series of nonlinear differential equations. The equations describe the motion of body under ocean wave excitation, and the motion of liquid with an air-spring effect caused by the compression and expansion of air in vertical liquid columns and air chambers. It is shown that the effect of the air-spring has a vital role to maintain the natural frequency of oscillation in the system to synchronize with the frequency of the ocean wave, thus the system provides the most effective mode for energy extraction from the ocean.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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