Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.5
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pp.437-443
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2008
In this paper, analysis and control of the flexible multibody system using MATLAB is presented. The equations of motion of a flexible body are derived in terms of the modal coordinate. The rigid-flexible multibody dynamic solver is developed. Finite element information required to analyze motion of flexible bodies is imported from ANSYS. The modified finite element data, such as modal mass matrix, modal stiffness matrix and constraint mode shapes, is calculated in the solver. Since the solver is developed using MATLAB, it is very easy to connect with SIMULINK which is widely used to control motion of the multibody system. Several simulations are implemented to verify the developed solver. A control example is carried out and the usefulness of the developed solver is demonstrated.
The Newton-Krylov method on the unstructured grid flow solver using the cell-centered spatial discretization oi compressible Euler equations is presented. This flow solver uses the reconstructed primitive variables to get the higher order solutions. To get the quadratic convergence of Newton method with this solver, the careful linearization of face flux is performed with the reconstructed flow variables. The GMRES method is used to solve large sparse matrix and to improve the performance ILU preconditioner is adopted and vectorized with level scheduling algorithm. To get the quadratic convergence with the higher order schemes and to reduce the memory storage. the matrix-free implementation and Barth's matrix-vector method are implemented and compared with the traditional matrix-vector method. The convergence and computing times are compared with each other.
We present an accurate and efficient method to calculate the gravitational potential of an isolated system in three-dimensional Cartesian and cylindrical coordinates subject to vacuum (open) boundary conditions. Our method consists of two parts: an interior solver and a boundary solver. The interior solver adopts an eigenfunction expansion method together with a tridiagonal matrix solver to solve the Poisson equation subject to the zero boundary condition. The boundary solver employs James's method to calculate the boundary potential due to the screening charges required to keep the zero boundary condition for the interior solver. A full computation of gravitational potential requires running the interior solver twice and the boundary solver once. We develop a method to compute the discrete Green's function in cylindrical coordinates, which is an integral part of the James algorithm to maintain second-order accuracy. We implement our method in the {\tt Athena++} magnetohydrodynamics code, and perform various tests to check that our solver is second-order accurate and exhibits good parallel performance.
Finite element method (FEM) has been widely used as a useful numerical method that can analyze complex engineering problems in electro-magnetics, mechanics, and others. CEMTool, which is similar to MATLAB, is a command style design and analyzing package for scientific and technological algorithm and a matrix based computation language. In this paper, we present new 3D FEM package in CEMTool environment. In contrast to the existing CEMTool 2D FEM package and MATLAB PDE (Partial Differential Equation) Toolbox, our proposed 3D FEM package can deal with complex 3D models, not a cross-section of 3D models. In the pre-processor of 3D FEM package, a new 3D mesh generating algorithm can make information on 3D Delaunay tetrahedral mesh elements for analyses of 3D FEM problems. The solver of the 3D FEM package offers three methods for solving the linear algebraic matrix equation, i.e., Gauss-Jordan elimination solver, Band solver, and Skyline solver. The post-processor visualizes the results for 3D FEM problems such as the deformed position and the stress. Consequently, with our new 3D FEM toolbox, we can analyze more diverse engineering problems which the existing CEMTool 2D FEM package or MATLAB PDE Toolbox can not solve.
In order to calculate 3-dimensional wavefield using finite-element method in frequency domain, we must factor so huge sparse impedance matrix. Because of difficulties of handling of this huge impedance matrix, 3-dimensional wave equation modeling is conducted mainly in time domain. In this study, we simulate the 3-D wavefield using finite-element method in Laplace domain by combining high-performance parallel finite-element solver and SWEET (Suppressed Wave Equation Estimation of Traveltime) algorithm which can calculate the traveltime and the amplitude. To verify this combination, we applied it to the SEG/EAGE 3D salt model in serial and parallel computing environments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.5
s.176
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pp.1215-1230
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2000
Parallel Approaches using Cray T3E which is NIPP (Massively Parallel Processors) machine are presented for the efficient computation of the finite element analysis of 3-D shape rolling processes. D omain decomposition method coupled with parallel linear equation solver is used. Domain decomposition is applied for obtaining element tangent stifffiess matrices and residual vectors. Direct and iterative parallel algorithms are used for solving the linear equations. Direct algorithm is_parallel version of direct banded matrix solver. For iterative algorithms, the well-known preconditioned conjugate gradient solver with Jacobi preconditioner is also employed. Moreover a new effective iterative scheme with block inverse matrix preconditioner, which is named by present authors, is presented and its results are compared with the one using Jacobi preconditioner. PVM and MPI are used for message passing and synchronization between processors. The performance and efficiency of each algorithm is discussed and comparisons are made among different algorithms.
To solve the large problems with limited core memory of computer, a disk management scheme called virtual memory database has been developed. Utilizing this technique along with memory moving scheme, an efficient in-and out-of-core column solver for the sparse symmetric matrix commonly arising in the finite element analysis is developed. Compared with other methods the algorithm is simple, therefore the coding and computational efficiencies are greatly enhanced. Analysis example shows that the proposed method efficiently solve the large structural problem on the small-memory micro-computer.
In usual synchronous parallel computing, workload balance is a crucial factor to reduce idle times of some processors that have finished their jobs earlier than others. However, it is difficult to achieve on a heterogeneous workstation clusters where the available computing power of each processor is unpredictable. As a way to overcome such a problem, the idea of asynchronous methods has grown out and is being increasingly used and studied, but there is none for eigenvalue problems yet. In this paper, we suggest a new asynchronous method to solve some singular matrix problems, that can also be used for finding a certain eigenvector of some matrices.
Biaffine Matrix Inequalities(BIs) are known to give more general and flexible frameworks in control designs than Linear Matrix Inequalities(LMIs). However, BMIs are nonconvex constraints and very difficult to solve. In this paper, BMI problems are solved using Evolution Strategy(ES). Numerous BMI problems are solved to verify performances of ES solver for BMI problems and compared with those of Genetic Algorithms and Branch-and-Cut algorithm.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.34D
no.8
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pp.41-51
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1997
The device simulator (BANDIS) which can analyze efficiently the electrical characteristics of the semiconductor devices under the three dimensional stationary conditions on the IBM PC was developed. Poisson, electon and hole continuity equations are discretized y te galerkin method using a tetrahedron as af finite element. The frontal solver which has exquisite data structures and advanced input/output functions is dused for the matrix solver which needs the highest cost in the three dimensional device simulation. The discretization method of the continuity equations used in BANDIS are compared with that of the scharfetter-gummel method used in the commercial three-dimensional device. To verify an accuracy and the efficiency of the discretization method, the simulation results of the PN junction diode and the BJT from BANDIS are compared with those of the commercial three-dimensiional device simulator such as DAVINCI. The maximum relative error within 2% and the average number of iterations needed for the convergence is decreased by more than 20%. The total simulation time of the BJT with 25542 nodes is decreased to about 60% compared with that of DAVINCI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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