Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey;Corman, Sylvain
Smart Structures and Systems
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제19권5호
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pp.487-497
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2017
Semi-active devices use the building's own motion to produce resistive forces and are thus strictly dissipative and require little power. Devices that independently control the binary open/closed valve state can enable novel device hysteresis loops that were not previously possible. However, some device hysteresis loops cannot be obtained without active analog valve control allowing slower, controlled release of stored energy, and is presents an ongoing limitation in obtaining the full range of possibilities offered by these devices. This in silico study develops a proportional-derivative feedback control law using a validated nonlinear device model to track an ideal diamond-shaped force-displacement response profile using active analog valve control. It is validated by comparison to the ideal shape for both sinusoidal and random seismic input motions. Structural application specific spectral analysis compares the performance for the non-linear, actively controlled case to those obtained with an ideal, linear model to validate that the potential performance will be retained when considering realistic nonlinear behaviour and the designed valve control approach. Results show tracking of the device force-displacement loop to within 3-5% of the desired ideal curve. Valve delay, rather than control law design, is the primary limiting factor, and analysis indicates a ratio of valve delay to structural period must be 1/10 or smaller to ensure adequate tracking, relating valve performance to structural period and overall device performance under control. Overall, the results show that active analog feedback control of energy release in these devices can significantly increase the range of resetable, valve-controlled semi-active device performance and hysteresis loops, in turn increasing their performance envelop and application space.
To investigate the critical buckling load and post-buckling behavior of an axially loaded pile entirely embedded in soil, the non-linear large deflection differential equation for a pinned pile, based on the Winkler-model and the discretionary distribution function of the foundation coefficient along pile shaft, was established by energy method. Assuming that the deflection function was a power series of some perturbation parameter according to the boundary condition and load in the pile, the non-linear large deflection differential equation was transformed to a series of linear differential equations by using perturbation approach. By taking the perturbation parameter at middle deflection, the higher-order asymptotic solution of load-deflection was then found. Effect of ratios of soil depth to pile length, and ratios of pile stiffness to soil stiffness on the critical buckling load and performance of piles (entirely embedded and partially embedded) after flexural buckling were analyzed. Results show that the buckling load capacity increases as the ratios of pile stiffness to soil stiffness increasing. The pile performance will be more stable when ratios of soil depth to pile length, and soil stiffness to pile stiffness decrease.
An optimal design technique for minimum power loss in Kopp Ball Variator Continuously Variable Transmission is developed. Kinematic analysis of traction drive contact is performed to find spin for Kopp Ball Variator, and traction force and torque are calculated from mathem atical model of traction drive contact. The objective function for optimal design is total power loss including contact loss and bearing losses. The design contraints are derived from energy balance for input and output power. The formulated optimal design problem is implemented to a non-linear programming algorithm to find minimum power loss. The performance of optimal ly designed Kopp Ball Variator shows that efficiency is increased about 5-10% compare to a commercial unit.
In this study, a two-dimensional oscillating foil with forward speed in a propagating wave flow field was considered. The time-mean power to maintain the heaving and pitching motions of the foil was analyzed using the perturbation theory in an ideal fluid. The power, which was a non-linear quantity of the second-order, was expressed in terms of the quadratic transfer functions related to the mutual product of the heaving and pitching motions and incoming vertical flow. The effects of the pivot point and phase difference among the disturbances were studied. The negative power, which indicates energy extraction from the fluid, is shown as an example calculation.
This work aims to study effects of the crack and the surface energy on the free longitudinal vibration of axially functionally graded nanorods. The surface energy parameters considered are the surface stress, the surface density, and the surface Lamé constants. The cracked nanorod is modelled by dividing it into two parts connected by a linear spring in which its stiffness is related to the crack severity. The surface and bulk material properties are considered to vary in the length direction according to the power law distribution. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equation of motion and boundary conditions. Considering the surface stress causes that the derived governing equation of motion becomes non-homogeneous while this was not the case in works that only the surface density and the surface Lamé constants were considered. To extract the frequencies of nanorod, firstly the non-homogeneous governing equation is converted to a homogeneous one using an appropriate change of variable, and then for clamped-clamped and clamped-free boundary conditions the governing equation is solved using the harmonic differential quadrature method. Since the present work considers effects of all the surface energy parameters, it can be claimed that this is a comprehensive work in this regard.
The decrease in the fracture toughness of ferritic steels in a reactor pressure vessel is an important factor in determining the lifetime of a nuclear power plant. A surveillance program has been in place in Korea since 1979 to assess the structural integrity of RPV steels. In this work, the surveillance data were collected and analyzed statistically in order to derive the empirical relationship between the embrittlement and strengthening of irradiated reactor pressure vessel steels. There was a linear relationship between the yield strength change and the transition temperature shift change at 41 J due to irradiation. The proportional coefficient was about $0.5^{\circ}C$/MPa in the base metals (plate/forgings). The upper shelf energy decrease ratio was non-linearly proportional to the yield strength change, and most of the data lay along the trend curve of the US results. The transition regime temperature interval, ${\Delta}T_T$, was less than the US data. The overall change from irradiation was very similar to the US results. It is expected that the results of this study will be applied to basic research on the multiscale modeling of the irradiation embrittlement of RPV materials in Korea.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제15권12호
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pp.4326-4344
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2021
The SinGAN is one of generative adversarial networks that can be trained on a single nature image. It has poor ability to learn more global features from nature image, and losses much local detail information when it generates arbitrary size image sample. To solve the problem, a non-linear function is firstly proposed to control downsampling ratio that is ratio between the size of current image and the size of next downsampled image, to increase the ratio with increase of the number of downsampling. This makes the low-resolution images obtained by downsampling have higher proportion in all downsampled images. The low-resolution images usually contain much global information. Therefore, it can help the model to learn more global feature information from downsampled images. Secondly, the attention mechanism is introduced to the generative network to increase the weight of effective image information. This can make the network learn more local details. Besides, in order to make the output image more natural, the TVLoss function is introduced to the loss function of SinGAN, to reduce the difference between adjacent pixels and smear phenomenon for the output image. A large number of experimental results show that our proposed model has better performance than other methods in generating random samples with fixed size and arbitrary size, image harmonization and editing.
In recent years, the development of radioactive waste containers for nuclear facility decommissioning and dismantling is a critical issue because the Taiwan domestic boiling water reactor nuclear power plant is going to be decommissioned. The main purpose of this research is to design a metal container that meets the structural requirements of related regulations. At first, the shielding analysis was performed by varying dimensions of radioactive waste to determine the storage efficiency of the container. Then, a series of structural analyses for operational and accidental conditions of the container with full load were conducted, such as lifting, stacking, and drop impact conditions. On the other hand, the field drop impact tests were carried out to ensure structural integrity. The present research demonstrates the structural safety of the developed container for decommissioned nuclear facilities in Taiwan.
This paper presents a simple approach for the selective harmonic elimination (SHE) of multilevel inverter based on the transistor-clamped H-bridge (TCHB) family. The SHE modulation is derived from the sinusoidal voltage-angle equal criteria corresponding to the optimized switching angles. The switching angles are computed offline by solving transcendental non-linear equations characterizing the harmonic contents using the Newton-Raphson method to produce an optimum stepped output. Simulation and experimental tests are conducted for verification of the analytical solutions. An Altera DE2 field-programmable gate array (FPGA) board is used as the digital controller device in order to verify the proposed SHE modulation in real-time applications. An analysis of the voltage total harmonic distortion (THD) has been obtained for multiple output voltage cases. In terms of the THD, the results showed that the higher the number of output levels, the lower the THD due to an increase number of harmonic orders being eliminated.
Zhou, Xiafeng;Zhong, Changming;Li, Zhongchun;Li, Fu
Nuclear Engineering and Technology
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제54권1호
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pp.49-60
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2022
Motivated by the high-resolution properties of high-order Weighted Essentially Non-Oscillatory (WENO) and flux limiter (FL) for steep-gradient problems and the robust convergence of Jacobian-free Newton-Krylov (JFNK) methods for nonlinear systems, the preconditioned JFNK fully implicit high-order WENO and FL schemes are proposed to solve the transient two-phase two-fluid models. Specially, the second-order fully-implicit BDF2 is used for the temporal operator and then the third-order WENO schemes and various flux limiters can be adopted to discrete the spatial operator. For the sake of the generalization of the finite-difference-based preconditioning acceleration methods and the excellent convergence to solve the complicated and various operational conditions, the random vector instead of the initial condition is skillfully chosen as the solving variables to obtain better sparsity pattern or more positions of non-zero elements in this paper. Finally, the WENO_JFNK and FL_JFNK codes are developed and then the two-phase steep-gradient problem, phase appearance/disappearance problem, U-tube problem and linear advection problem are tested to analyze the convergence, computational cost and efficiency in detailed. Numerical results show that WENO_JFNK and FL_JFNK can significantly reduce numerical diffusion and obtain better solutions than traditional methods. WENO_JFNK gives more stable and accurate solutions than FL_JFNK for the test problems and the proposed finite-difference-based preconditioning acceleration methods based on the random vector can significantly improve the convergence speed and efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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