Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1590-1597
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2004
Three methods of design sensitivity analysis for structures such as numerical method, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis can provide very exact result, it is difficult to implement into practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable fur most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate in nonlinear design sensitivity analysis because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included. Thus the semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover, semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure fur the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and the computational technique is proposed for evaluating the partial differentiation of internal nodal force, so called pseudo-load. Numerical examples coupled with commercial finite element package are shown to verify usefulness of proposed semi-analytical sensitivity analysis procedure and computational technique for pseudo-load.
Three methods for design sensitivity such as numerical differentiation, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis is exact, it is hard to implement for practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable for most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included especially in nonlinear design sensitivity analysis. Thus semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure for the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and computational technique is proposed, which evaluates the pseudo-load for design sensitivity analysis easily by using the design variation of corresponding internal nodal forces. Errors in semi-analytical design sensitivity analysis are examined and numerical examples are illustrated to confirm the reduction of numerical error considerably.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1209-1216
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2005
Three methods for design sensitivity such as numerical differentiation, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis is exact, it is hard to implement for practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable for most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included especially in nonlinear design sensitivity analysis. Thus semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure for the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and computational technique is proposed, which evaluates the pseudo-load for design sensitivity analysis easily by using the design variation of corresponding internal nodal forces. Errors in semi-analytical design sensitivity analysis are examined and numerical examples are illustrated to confirm the reduction of numerical error considerably.
Attempts were made to analyze the behavior of single and multiple-bolted connections through theoretical methods such as European yield theory, empirical approaching method, and semi-rigid theory instead of many experimental methods that have been actually inefficient and non-economical. In the case of a single-bolted connection, if accurate characteristic values of a material could be guaranteed, it would be more convenient and economical to perform the behavior analysis using a model based on the semi-rigid theory, instead of the existing complex yield model, or the empirical formula which produces errors, giving different results from the actual ones. If the variables of equation determining the load and deformation could be appropriately controlled, the analytical method in conjunction with a semi-rigid theory could be effectively applied to obtain the desirably predicted value, considering that the appropriate solution could be derived through a simpler equation using a less difficult method compared to the existing yield model. It is concluded that analytical method with semi-rigid theory can be used in the behavior analysis of bolted connection because our developed method showed excellent analysis ability of behavior until number of bolt is two. Although our analytical method has the disadvantage that the number of bolt is limited to two, it is concluded that it has the advantage than numerical method which complicated and time-consuming.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.4
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pp.585-592
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2003
Among various sensitivity evaluation techniques, semi-analytical method(SAM) is quite popular since this method is more advantageous than analytical method(AM) and global finite difference method(FDM). However, SAM reveals severe inaccuracy problem when relatively large rigid body motions are identified fur individual elements. Such errors result from the numerical differentiation of the pseudo load vector calculated by the finite difference scheme. In the present study, an iterative method combined with mode decomposition technique is proposed to compute reliable semi-analytical design sensitivities. The improvement of design sensitivities corresponding to the rigid body mode is evaluated by exact differentiation of the rigid body modes and the error of SAM caused by numerical difference scheme is alleviated by using a Von Neumann series approximation considering the higher order terms for the sensitivity derivatives.
In sensitivity analysis, semi-analytical method(SAM) reveals severe inaccuracy problem when relatively large rigid body motions are identified for individual elements. Recently such errors of SAM resulted by the finite difference scheme have been improved by the separation of rigid body mode. But the eigenvalue should be obtained first before the sensitivity analysis is performed and it takes much time in the case that large system is considered. In the present study, by constructing a reduced one from the original system, iterative method combined with mode decomposition technique is proposed to compute reliable semi-analytical design sensitivities. The sensitivity analysis is performed by the eigenvector acquired from the reduced system. The error of SAM caused by difference scheme is alleviated by Von Neumann series approximation.
In this study, new integrated particle tracking algorithm was developed to reduce the inherent problem of Eulerian- Lagrangian method, or adverse effect of particle tracking error on mass balance error. The new integrated particle tracking algorithm includes numerical method, semi-analytical method, and analytical method which consider both temporal and spatial changes of velocity field during time step. Detail of mathematical derivations is well illustrated and four examples are made to verify through the comparison of the new integrated particle tracking with analytical solution or Runge-Kutta method. Additionally, It was shown that the there is better superiority of the new integrated particle tracking algorithm over other existing particle tracking method such as Lu's method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.8
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pp.1967-1973
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1994
The free vibration of a thin plate with three different boundary conditions is discussed in this paper. A semi-analytical approach to the plate problems has been exploited using computer algebra system(CAS). The approximate solutions are assumed as algebraic polynomials that satisfy the appropriate boundary conditions. In order to solve problems, Galerkin method is used, which is known as an ineffective tool for practical engineering problems, being involved with a large number of multiple integration and differentiation. All the admissible functions used in this paper are generated automatically by CAS otherwise a tedious algebraic manipulations should be done by hand. One, six and fifteen-term solutions in terms of frequency parameters are presented and compared with exact solutions. Even using one-term solution, the comparison with existing data shows good agreement and accuracy of the present method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.301-309
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1995
Shape optimal design of an excavator boom to minimize weight can be formulated as a nonlinear programming problem with an automesh refinement carried out by using the finite element method. The design variables are the radii and the coordinates of the circle to describe the excavator boundary shape. In addition to the displacement and stress constraints, geometric constraints are imposed such that the nodes cannot cross the certain range. The optimum design is obtained by using the PLBA nonlinear programming code. The sensitivity derivatives are calculated using the semi-analytical scheme. Numerical results of an excavator boom show potential for weight reduction of 4.4%(65.6 kgf) when considering the displacement, stress and geometric constraints.
Proceedings of the Korea Electromagnetic Engineering Society Conference
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2003.11a
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pp.649-659
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2003
OFDM/FH communication system Is widely used in the wireless communication for the large capacity and high-speed data transmission. However, phase noise and PAPR (peak-to-average power ratio) are the serious problems causing performance impairment. In this paper, PLL (phase locked loop) frequency synthesizer with high switching speed is used for the phase noise model. SSPA and TWTA are considered for the nonlinear HPA model. Under these conditions and by approximating $e^{j{\phi}[m]}$ into $1 + j{\phi}[m]-\frac{1}{2}{\phi}^2[m]$ for the phase noise nonlinear approximation, SINR (signal-to-interference-noise-ratio) with nonlinear HPA and phase noise is derived in the OFDM/FH system. The bit error probabilities (BER) are found by computer simulation method and semi-analytical method. The simulation results closely match with the semi-analytical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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