Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.2
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pp.78-85
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2000
The moment equations of the concentration distribution for the multi-region model are derived using the method of moment. The method originally devised by Aris is to obtain the concentration moments satisfying a given PDE (Partial Differential Equation. The method of moment is used to obtain the first five moments (0th to 4to) that satisfy the model PDE. Each moment of the concentration distribution for the model equation is plotted for the dimensionless time and gave similar results except the skewness and the kurtosis. The results of the analysis show the physical meaning of each moment. The comparisons with the number of regions or the global interaction coefficient give a possibility to determine the parameters of the multi-region model with the analytical concepts.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37A
no.11
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pp.961-971
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2012
This article is concerned with effective numerical techniques for partial differential equation (PDE)-based image restoration. Numerical realizations of most PDE-based denoising models show a common drawback: loss of fine structures. In order to overcome the drawback, the article introduces a new time-stepping procedure, called the method of nonflat time evolution (MONTE), in which the timestep size is determined based on local image characteristics such as the curvature or the diffusion magnitude. The MONTE provides PDE-based restoration models with an effective mechanism for the equalization of the net diffusion over a wide range of image frequency components. It can be easily applied to diverse evolutionary PDE-based restoration models and their spatial and temporal discretizations. It has been numerically verified that the MONTE results in a significant reduction in numerical dissipation and preserves fine structures such as edges and textures satisfactorily, while it removes the noise with an improved efficiency. Various numerical results are shown to confirm the claim.
In this work the dynamic heat transfer occurring in a cable penetration fire stop system built in the firewall of nuclear power plants is three-dimensionally investigated to develop a test-simulator that can be used to verify effectiveness of the sealants. Here was carried out an experiment to observe the heat transfer in the cable penetration fire stop system made of DOW CORNING products. The dynamic heat transfer occurring in the fire stop system is formulated in a parabolic partial differential equation subjected to a set of initial and boundary conditions. And it was modeled, simulated, and analyzed. The simulation results were illustrated in three-dimensional graphics and were compared with experimental data. Through the simulations, it was shown clearly that the temperature distribution was influenced very much by the number, position, and temperature of the cable streams. It also was found that the dynamic heat transfer through the cable streams was one of the most dominant factors, and the feature of heat conduction could be understood as an unsteady-state process. It is certain that these numerical results are useful for making a performance-based design for the cable penetration fire stop system.
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.
The process of chloride ingress in saturated concrete was presented by a previous study that used a mathematical model for the same as that concrete. This model is to be studied chloride ion diffusion which is considered as a chemical phenomenon and is to be represented the chloride diffusion process to be a nonlinear partial differential equation (PDE). In this paper, this nonlinear PDE is solved by the Kirchhoff transformation to render into a linear PDE. This linear PDE associated with initial and boundary conditions is also solved by the Laplace transformation to obtain an analytical solution. To verify the serviceability and reliability of this proposed method, the practical application should be supplied. The input parameters were cited from the previous study. The free chloride concentration profiles obtained by the analytical solution of mathematical model for saturated concretes after 24 and 120 hrs of exposure were compared with the previous study. The predicted results obtained from proposed method have a tendency with experimental results obtained by the previous study and trend toward numerical results approximated by finite difference technique.
This paper presents the development of a new analytical solution to the governing differential equation for isotropic annular sector plates subjected to uniform loading in a three-dimensional polar coordinate system. The 4th order governing partial differential equation (PDE) was converted to an ordinary differential equation (ODE) by assuming the Levy-type series solution form and the subsequent mathematical operations. Finally, a series-type solution was assembled with homogeneous and nonhomogeneous solution parts after operating real values and complex conjugates derived from the characteristic equation. To demonstrate the convergence rate and the accuracy of the featured method, several examples with various sector angles were selected and solved. The deflections and internal moments in the example annular sector plates that were obtained from the proposed solution were compared with those obtained from other analytical studies and numerical analyses using the finite element analysis package program, ABAQUS. Very good agreement with the results of other analytical and numerical methodologies was shown.
In this paper, we develop a numerical method to solving an optimal control problem, which is governed by a parabolic partial differential equations(PDEs). Our approach is to approximate the PDE problem to initial value problem(IVP) in $\mathbb{R}$. Then, the homogeneous part of IVP is solved using semigroup theory. In the next step, the convergence of this approach is verified by properties of one-parameter semigroup theory. In the rest of paper, the original optimal control problem is solved by utilizing the solution of homogeneous part. Finally one numerical example is given.
In this study the magneto hydrodynamic (MHD) micro polar fluid flow of a viscous incompressible fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction is considered. This work is devoted to investigate the Soret effect and Electromagnetic radiation effect and analyze analytically. In the energy equation the applied magnetic field strength and in the concentration equation the Soret effect are incorporated. The basic PDE (partial differential equations) are reduced to ODE (ordinary differential equations) using non dimensional variables. Then the analytical solution of the dimensionless equations are found using perturbation technique. The features of the fluid flow parameters are analyzed, discussed and explained graphically. The graphical solutions are found using MATLAB R2019b. Skin friction coefficient at the wall, Couple stress coefficient at the plate and the local surface heat flux are also thoroughly examined. Overall, this study sheds light on the complex interplay between physical parameters in the behavior of MHD micro-polar fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction.
In this paper, we proposed a two-stage control of the container crane. The first stage control is time-optimal control for the purpose of fast trolley traveling. With suitable trolley velocity patterns, the sway which is generated during trolley moving is minimized. At the second stage control feedback control law is investigated for the quick suppression of residual vibration after the trolley motion. For more practical system, the container crane system is modeled as a partial differential equation (PDE) system with flexible cable. The dynamics of the cable is derived as a moving system with tension caused by payload using Hamilton's principle for the systems. A control law based upon the Lyapunov's method is derived. It is revealed that a time-varying control force and a suitable passive damping at the actuator can successfully suppress the transverse vibrations.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.10
no.12
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pp.2271-2282
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2006
This paper is concerned with simulation issues arising in the PDE-based image restoration such as the total variation minimization(TVM) and its generalizations. In particular, we study the issues of staircasing and excessive dissipation of TVM-like smoothing operators. A strategy of scaling the algebraic system and a non-convex minimization are considered respectively for anti-staircasing and anti-diffusion. Furthermore, we introduce a variable constraint parameter to better preserve image edges. The resulting algorithm has been numerically verified to be efficient and reliable in denoising. Various numerical results are shown to confirm the claim.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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