It is necessary for the numerical simulation of 3-dimensional incompressible isotropic decaying turbulence to construct 3-dimensional initial velocity field which resembles the fully developed turbulence. Although the previous velocity field generation method proposed by Rogallo(1981) satisfies continuity equation and 3-dimensional energy spectrum, it has limitation, as indicated in his paper, that it does not produce the higher velocity moments(e. g. velocity derivative skewness) characteristic of real turbulence. In this study, a new velocity field generation method which is able to control velocity derivative skewness of initial velocity field is proposed. Brief descriptions of the new method and a few parameters which is used to control velocity derivative skewness are given. A large eddy simulation(LES) of isotropic decaying turbulence using dynamic subgrid-scale model is carried out to evaluate the performance of the initial velocity field generated by the new method. It was shown that the resolved turbulent kinetic energy decay curve and the resolved enstrophy decay curve from the initial field of new method were more realistic than those from the initial field of Rogallo's method. It was found that the dynamic model coefficient from the former was initially half the stationary value and experienced relatively short transition period, though that from the latter was initially zero and experienced relatively longer transition period.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.299-308
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2001
This paper presents the three-dimensional (3-D) study of the natural vibration of cantilevered laminated composite plates. The Ritz method is used to obtain stationary values of the associated Lagrangian functional with displacements approximated by mathematically complete polynomials satisfying the boundary conditions at the clamped edge exactly. The accuracy of the 3-D model is established through a convergence study of non-dimensional frequencies followed by a comparison of the converged 3-D solutions with analytical and experimental findings in the existing literature. A wide scope of 3-D frequency results explain the influence of a number of geometrical and material parameters for cantilevered laminated plates, namely aspect ratio (a/b), width-to-thickness ratio (a/h), orthotropy of material, number of plies (NP), fiber orientation angle(θ), and stacking sequence.
For the safe and stable operation of the power system, accurate wind power prediction is of great significance. A wind power prediction method based on empirical mode decomposition and improved extreme learning machine is proposed in this paper. Firstly, wind power time series is decomposed into several components with different frequency by empirical mode decomposition, which can reduce the non-stationary of time series. The components after decomposing remove the long correlation and promote the different local characteristics of original wind power time series. Secondly, an improved extreme learning machine prediction model is introduced to overcome the sample data updating disadvantages of standard extreme learning machine. Different improved extreme learning machine prediction model of each component is established. Finally, the prediction value of each component is superimposed to obtain the final result. Compared with other prediction models, the simulation results demonstrate that the proposed prediction method has better prediction accuracy for wind power.
Phenotypic variation among clones (individuals with identical genes, i.e. isogenic individuals) has been recognized both theoretically and experimentally. We investigate the effects of phenotypic variation on evolutionary dynamics of a population. In a population, the individuals are assumed to be haploid with two genotypes : one genotype shows phenotypic variation and the other does not. We use an individual-based Moran model in which the individuals reproduce according to their fitness values and die at random. The evolutionary dynamics of an individual-based model is formulated in terms of a master equation and is approximated as the Fokker-Planck equation (FPE) and the coupled non-linear stochastic differential equations (SDEs) with multiplicative noise. We first analyze the deterministic part of the SDEs to obtain the fixed points and determine the stability of each fixed point. We find that there is a discrete phase transition in the population distribution when the probability of reproducing the fitter individual is equal to the critical value determined by the stability of the fixed points. Next, we take demographic stochasticity into account and analyze the FPE by eliminating the fast variable to reduce the coupled two-variable FPE to the single-variable FPE. We derive a quasi-stationary distribution of the reduced FPE and predict the fixation probabilities and the mean fixation times to absorbing states. We also carry out numerical simulations in the form of the Gillespie algorithm and find that the results of simulations are consistent with the analytic predictions.
This paper compares three statistical models that examine the relationship between national and provincespecific fertility rates. The three models are two of the regression models and a cointegration model. The regression model is by substituting Gompit transformation for the cumulative fertility rate by the average for ten years, and this model applies the raw data without transformation of the fertility data. A cointegration model can be considered when fitting the unstable time series of fertility rate in probability process. This paper proposes the following when it is intended to derive the relation of non-stationary fertility rate between the national and provinces. The cointegrated relationship between national and regional fertility rates is first derived. Furthermore, if this relationship is not significant, it is proposed to look at the national and regional fertility rate relationships with a regression model approach using raw data without transformation. Also, the regression model method of substituting Gompit transformation data resulted in an overestimation of fertility rates compared to other methods. Finally, Seoul, Busan, Daegu, Incheon, Gwangju, Daejeon and Gyeonggi province are expected to show a total fertility rate of 1.0 or less from 2025 to 2030, so an urgent and efficient policy to raise this level is needed.
In this paper, we propose an enhanced algorithm for affine projection algorithms which have been proposed to speed up the convergence of the conventional NLMS algorithm. Since affine projection (AP) or pseudo AP algorithms are based on the delayed input vector and error vector, they are complicated and not suitable for applying methods developed for the LMS-type algorithms which are based on the scalar error signal. We devised a variable step size algorithm for pseudo AP using the fact that pseudo AP algorithms are updated using the scalar error and that the error signal is getting orthogonal to the input signal. We carried out a performance comparison of the proposed algorithm with other pseudo AP algorithms using a system identification model. It is shown that the proposed algorithm presents good convergence characteristics under both stationary and non-stationary environments despites its low complexity.
In this paper, we propose a variable step size algorithm to enhance the normalized subband adaptive filter which has been proposed to improve the convergence characteristics of the conventional full band adaptive filter. The well-known Kwong's variable step size algorithm is simple, but shows better performance than that of the fixed step size algorithm. However, in case that large additive noise is present, the performance of Kwong's algorithm is getting deteriorated in proportion to the amount of the additive noise. We devised a variable step size algorithm which does not depend on the amount of additive noise by exploiting a normalized adaptation error which is the error subtracted and normalized by the estimated additive noise. We carried out a performance comparison of the proposed algorithm with other algorithms using a system identification model. It is shown that the proposed algorithm presents good convergence characteristics under both stationary and non-stationary environments.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.327-340
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2015
General Circulation Models (GCMs) are the basic tool used for modelling climate. However, the spatio-temporal discrepancy between GCM and observed value, therefore, the models deliver output that are generally required calibration for applied studies. Which is generally done by Multi-Model Ensemble (MME) approach. Stochastic downscaling methods have been used extensively to generate long-term weather sequences from finite observed records. A primary objective of this study is to develop a forecasting scheme which is able to make use of a MME of different GCMs. This study employed a Nonstationary Hidden Markov Chain Model (NHMM) as a main tool for downscaling seasonal ensemble forecasts over 3 month period, providing daily forecasts. Our results showed that the proposed downscaling scheme can provide the skillful forecasts as inputs for hydrologic modeling, which in turn may improve water resources management. An application to the Nakdong watershed in South Korea illustrates how the proposed approach can lead to potentially reliable information for water resources management.
Park, Jihoon;Kang, Moon Seong;Song, Jung-Hun;Jun, Sang Min;Kim, Kyeung;Ryu, Jeong Hoon
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.5
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pp.101-111
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2015
Establishment of appropriate data in certain formats is essential for agricultural water cycle analysis, which involves complex interactions and uncertainties such as climate change, social & economic change, and watershed environmental change. The main objective of this study was to develop web-based Data processing and Model linkage Techniques for Agricultural Water-Resource analysis (AWR-DMT). The developed techniques consisted of database development, data processing technique, and model linkage technique. The watershed of this study was the upper Cheongmi stream and Geunsam-Ri. The database was constructed using MS SQL with data code, watershed characteristics, reservoir information, weather station information, meteorological data, processed data, hydrological data, and paddy field information. The AWR-DMT was developed using Python. Processing technique generated probable rainfall data using non-stationary frequency analysis and evapotranspiration data. Model linkage technique built input data for agricultural watershed models, such as the TANK and Agricultural Watershed Supply (AWS). This study might be considered to contribute to the development of intelligent watercycle analysis by developing data processing and model linkage techniques for agricultural water-resource analysis.
Referring to the formulation of physical stochastic optimal control of structures and the scheme of optimal polynomial control, a nonlinear stochastic optimal control strategy is developed for a class of structural systems with hysteretic behaviors in the present paper. This control strategy provides an amenable approach to the classical stochastic optimal control strategies, bypasses the dilemma involved in It$\hat{o}$-type stochastic differential equations and is applicable to the dynamical systems driven by practical non-stationary and non-white random excitations, such as earthquake ground motions, strong winds and sea waves. The newly developed generalized optimal control policy is integrated in the nonlinear stochastic optimal control scheme so as to logically distribute the controllers and design their parameters associated with control gains. For illustrative purposes, the stochastic optimal controls of two base-excited multi-degree-of-freedom structural systems with hysteretic behavior in Clough bilinear model and Bouc-Wen differential model, respectively, are investigated. Numerical results reveal that a linear control with the 1st-order controller suffices even for the hysteretic structural systems when a control criterion in exceedance probability performance function for designing the weighting matrices is employed. This is practically meaningful due to the nonlinear controllers which may be associated with dynamical instabilities being saved. It is also noted that using the generalized optimal control policy, the maximum control effectiveness with the few number of control devices can be achieved, allowing for a desirable structural performance. It is remarked, meanwhile, that the response process and energy-dissipation behavior of the hysteretic structures are controlled to a certain extent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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