An analytical and numerical examination of second-order fractional-step methods and boundary condition for the incompressible Navier-Stokes equations is presented. In this study, the compatibility condition for pressure Poisson equation and its boundary conditions, stability, and numerical accuracy of canonical fractional-step methods has been investigated. It has been found that satisfaction of compatibility condition depends on tentative velocity and pressure boundary condition, and that the compatible boundary conditions for type D method and approximately compatible boundary conditions for type P method are proper for divergence-free velocity for type D and approximately divergence-free for type P method. Instability of canonical fractional-step methods is induced by approximation of implicit viscous term with explicit terms, and the stability criteria have been founded with simple model problems and numerical experiments of cavity flow and Taylor vortex flow. The numerical accuracy of canonical fractional-step methods with its consistent boundary conditions shows second-order accuracy except $D_{MM}$ condition, which make approximately first-order accuracy due to weak coupling of boundary conditions.
Kim, Seong-Jun;Choe, Byung Hak;Kim, Woosik;Ki, Ikjoong
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.26
no.5
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pp.343-350
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2016
Remaining lifetime prediction of the underground gas pipeline plays a key role in maintenance planning and public safety. One of main causes in the pipeline failure is metal corrosion. This paper deals with estimating the pipeline reliability in the presence of corrosion defects. Because a pipeline has uncertainty and variability in its operation, probabilistic approximation approaches such as first order second moment (FOSM), first order reliability method (FORM), second order reliability method (SORM), and Monte Carlo simulation (MCS) are widely employed for pipeline reliability predictions. This paper presents a fuzzy inference based reliability method (FIRM). Compared with existing methods, a distinction of our method is to incorporate a fuzzy inference into quantifying degrees of variability in corrosion defects. As metal corrosion depends on the service environment, this feature makes it easier to obtain practical predictions. Numerical experiments are conducted by using a field dataset. The result indicates that the proposed method works well and, in particular, it provides more advisory estimations of the remaining lifetime of the gas pipeline.
In [Z. Cai and B. C. Shin, SIAM J. Numer. Anal. 40 (2002), 307-318], we developed the discrete first-order system least squares method for the second-order elliptic boundary value problem by directly approximating $H(div){\cap}H(curl)-type$ space based on the Helmholtz decomposition. Under general assumptions, error estimates were established in the $L^2\;and\;H^1$ norms for the vector and scalar variables, respectively. Such error estimates are optimal with respect to the required regularity of the solution. In this paper, we study solution methods for solving the system of linear equations arising from the discretization of variational formulation which possesses discrete biharmonic term and focus on numerical results including the performances of multigrid preconditioners and the finite element accuracy.
Stability is a very important part which we must consider in structural design. In this paper, we take advantage of finite element method to study parametrical instability of lattice dome structures, which is subjected to harmonically pulsating load. We consider elastic stiffness and geometrical stiffness simultaneously during the calculation of stiffness matrix, and adopt consistent mass matrix to make the solution more correct. In order to obtain instability regions, we represent displacements and accelerations in dynamic equation by trigonometric series expansions, and then obtain Hill's infinite determinants. After first order approximation, we can get first and second order dynamic instability regions eventually. Finally, we take 24-bar star dome and 90-bar lamella dome as examples to investigate dynamic instability phenomena.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.26
no.3
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pp.138-155
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2022
To solve the initial value problem we present a new single-step implicit method based on the Euler method. We prove that the proposed method has convergence order 2. In practice, numerical results of the proposed method for some selected examples show an error tendency similar to the second-order Taylor method. It can also be found that this method is useful for stiff initial value problems, even when a small number of nodes are used. In addition, we extend the proposed method by using weighted averages with a parameter and show that its convergence order becomes 2 for the parameter near $\frac{1}{2}$. Moreover, it can be seen that the extended method with properly selected values of the parameter improves the approximation error more significantly.
An algorithm for the state estimation and identification of multivariable nonlinear systems with noisy nonlinear observation has been investigated on the basis of the multidimensional Hermitian expansion for the a posteriori probability densities of the predicted observation, the predicted state and the observation conditioned by the state. A new approach for construction of this sequential nonlinear estimator, retaining up to the second order term of the observation error, has been developed, along with the approximation of nonlinear system functions, truncating at the second term. The estimation of the unknown parameters has been established by extending the state estimation technique, regarding the parameters as another state variables. The results of investigation indicate the feasibility of the schemes presented in this paper.
Minimizing construction cost and reducing seismic damage are two conflicting objectives in the design of any new structure. In the present work, we try to develop a framework in order to solve the optimum performance-based design problem considering the construction cost and the seismic damage of steel moment-frame structures. The Park-Ang damage index is selected as the seismic damage measure because it is one of the most realistic measures of structural damage. The non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is employed as the optimization algorithm to search the Pareto optimal solutions. To improve the time efficiency of the proposed framework, three simplifying strategies are adopted: first, simplified nonlinear modeling investigating minimum level of structural modeling sophistication; second, fitness approximation decreasing the number of fitness function evaluations; third, wavelet decomposition of earthquake record decreasing the number of acceleration points involved in time-history loading. The constraints of the optimization problem are considered in accordance with Federal Emergency Management Agency's (FEMA) recommended seismic design specifications. The results from numerical application of the proposed framework demonstrate the efficiency of the framework in solving the present multi-objective optimization problem.
The Proceedings of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.5
no.4
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pp.35-42
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1991
Recently, HID lamps have been considered as important in regard to the trend of energy saving, and increasingly and diversely used in various ways. This paper will show the simulating models concerning high-pressure arc discharge system directly applicable for its design and manufacture, and analyze its various characteristics. For warm-up characteristics, the evaporating process of inner atoms is described in terms of second-order differential equation: for the thermal conduction from are axis to discharge wall and outer bulb, its transfer process is introduced according to five first-order differential equations. Under the steady state satisfying LTE, the time-variant characteristics are suggested by means of time-dependent energy balance equation derived from fluid equations, approximation of radiation energy and material functions in the discharge tube. The simulating models concerning these equations are then applied for high-pressure mercury lamp.
This paper presents an iterative fuzzy learning control scheme which is applicable to a broad class of nonlinear systems. The control scheme achieves system stability and boundedness by using the linear feedback plus adaptive fuzzy controller and achieves precise tracking by using the iterative learning rules. The switching mode control unit is added to the adaptive fuzzy controller in order to compensate for the error that has been inevitably introduced from the fuzzy approximation of the nonlinear part. It also obviates any supervisory control action in the adaptive fuzzy controller which normally requires high gain signal. The learning control algorithm obviates any output derivative terms which are vulnerable to noise.
M. AlMahmeed;A. Al-Hessainan;Son, M.S.;H. I. Hamdy
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.5
no.2
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pp.539-557
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1998
This article is concerned with the problem of estimating the mean of a one-parameter exponential family through sequential sampling in three stages under quadratic error loss. This more general framework differs from those considered by Hall (1981) and others. The differences are : (i) the estimator and the final stage sample size are dependent; and (ii) second order approximation of a continuously differentiable function of the final stage sample size permits evaluation of the asymptotic regret through higher order moments. In particular, the asymptotic regret can be expressed as a function of both the skewness $\rho$ and the kurtosis $\beta$ of the underlying distribution. The conditions on $\rho$ and $\beta$ for which negative regret is expected are discussed. Further results concerning the stopping variable N are also presented. We also supplement our theoretical findings wish simulation results to provide a feel for the triple sampling procedure presented in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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