Finite elements based on the partition of unity (PU) approximation have powerful capabilities for p-adaptivity and solutions with high smoothness without remeshing of the domain. Recently, the PU approximation was successfully applied to the three-node shell finite element, properly eliminating transverse shear locking and showing excellent convergence properties and solution accuracy. However, the enrichment with the PU approximation results in a significant increase in the number of degrees of freedom; therefore, it requires greater computational cost, thus making it less suitable for practical engineering. To circumvent this disadvantage, we propose a new strategy to decrease the total number of degrees of freedom in the existing PU-based shell element, without loss of optimal convergence and accuracy. To alleviate the locking phenomenon, we use the method of mixed interpolation of tensorial components and perform convergence studies to show the accuracy and capability of the proposed shell element. The excellent performances of the new shell elements are illustrated in three benchmark problems.
The existing electrical engineering design method and the dynamic objective function in the application process of automatic control system fail to meet the unbounded condition, which affects the control tracking accuracy. In order to improve the tracking control accuracy, this paper studies the electrical engineering design method based on neural network and the application of automatic control system. This paper analyzes the structure and working mechanism of electrical engineering automation control system by an automation control model with main control objectives. Following the analysis, an optimal solution of controllability design and fault-tolerant control is figured out. The automatic control power coefficient is distributed based on an ideal control effect of system. According to the distribution results, an automatic control algorithm is based on neural network for accurate control. The experimental results show that the electrical automation control method based on neural network can significantly reduce the control following error to 3.62%, improve the accuracy of the electrical automation tracking control, thus meeting the actual production needs of electrical engineering automation control system.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.27
no.4
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pp.207-231
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2023
This paper aims to improve the alternative formulation of the fifth- and sixth-order accurate weighted essentially non-oscillatory (AWENO) finite difference schemes. The first is to derive the AWENO scheme with sixth-order accuracy in the smooth region of the solution. Second, a new weighted polynomial functions combining the perturbed forms with conserved variable to the AWENO is constructed; the new form of tunable functions are invented to maintain non-oscillatory property. Detailed numerical experiments are presented to illustrate the behavior of the new perturbational AWENO schemes. The performance of the present scheme is evaluated in terms of accuracy and resolution of discontinuities using a variety of one and two-dimensional test cases. We show that the resulted perturbational AWENO schemes can achieve fifth- and sixth-order accuracy in smooth regions while reducing numerical dissipation significantly near singularities.
A preconditioning technique is presented for a simultaneous solution to wind-membrane interaction. In the simultaneous equations, a linear elastic model was employed to deal with the fluid-structure data transfer at the interface. A Lagrange multiplier was introduced to impose the specified boundary conditions at the interface and strongly coupled simultaneous equations are derived after space and time discretization. An initial linear elastic model preconditioner and modified one were derived by treating the linearized elastic model equation as a saddle point problem, respectively. Accordingly, initial and modified fluid-structure interaction (FSI) preconditioner for the simultaneous equations were derived based on the initial and modified linear elastic model preconditioners, respectively. Wind-membrane interaction analysis by the proposed preconditioners, for two and three dimensional membranous structures respectively, was performed. Comparison was made between the performance of initial and modified preconditioners by comparing parameters such as iteration numbers, relative residuals and convergence in FSI computation. The results show that the proposed preconditioning technique greatly improves calculation accuracy and efficiency. The priority of the modified FSI preconditioner is verified. The proposed preconditioning technique provides an efficient solution procedure and paves the way for practical application of simultaneous solution for wind-structure interaction computation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.9
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pp.1384-1390
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2001
This paper deals with the forward kinematics of the 6-6 Stewart platform of planar base and moving platform using one extra linear sensor. Based on algebraic elimination method, it first derives an 8th-degree univariate equation and then finds tentative solution sets out of which the actual solution is to be selected. In order to provide more exact solution despite the error between measured sensor value and the theoretic alone, a correction method is also used in this paper. The overall procedure requires so little computation time that it can be efficiently used for real-time applications. In addition, unlike the iterative scheme e.g. Newton-Raphson, the algorithm does not require initial estimates of solution and is free of the problems that it does not converge to actual solution within limited time. The presented method has been implemented in C language and a numerical example is given to confirm the effectiveness and accuracy of the developed algorithm.
For the first time, an accurate analytical solution, based on coupled three-dimensional (3D) piezoelasticity equations, is presented for free vibration analysis of the angle-ply elastic and piezoelectric flat laminated panels under arbitrary boundary conditions. The present analytical solution is applicable to composite, sandwich and hybrid panels having arbitrary angle-ply lay-up, material properties, and boundary conditions. The modified Hamiltons principle approach has been applied to derive the weak form of governing equations where stresses, displacements, electric potential, and electric displacement field variables are considered as primary variables. Thereafter, multi-term multi-field extended Kantorovich approach (MMEKM) is employed to transform the governing equation into two sets of algebraic-ordinary differential equations (ODEs), one along in-plane (x) and other along the thickness (z) direction, respectively. These ODEs are solved in closed-form manner, which ensures the same order of accuracy for all the variables (stresses, displacements, and electric variables) by satisfying the boundary and continuity equations in exact manners. A robust algorithm is developed for extracting the natural frequencies and mode shapes. The numerical results are reported for various configurations such as elastic panels, sandwich panels and piezoelectric panels under different sets of boundary conditions. The effect of ply-angle and thickness to span ratio (s) on the dynamic behavior of the panels are also investigated. The presented 3D analytical solution will be helpful in the assessment of various 1D theories and numerical methods.
In-plane free vibrations of circular beams with stepped cross-sections are investigated by using the exact analytical solution. The axial extension, transverse shear deformation and rotatory inertia effects are taken into account. The stepped arch is divided into a number of arches with constant cross-sections. The exact solution of the governing equations is obtained by the initial value method. Several examples of arches with different step ratios, different locations of the steps, boundary conditions, opening angles and slenderness ratios for the first few modes are presented to illustrate the validity and accuracy of the method. The effects of the geometric parameters on the natural frequencies are investigated in details. Several examples in the literature are solved and the results are given in tables. The agreement of the results is good for all examples considered. The mode transition phenomenon is also observed for the stepped arches. Some examples are solved also numerically by using the commercial finite element program ANSYS.
In this paper we have considered the vibration of parametrically excited oscillator with strong cubic positive nonlinearity of complex variable in nonlinear dynamic systems with forcing based on Mathieu-Duffing equation. A new analytical approach called homotopy perturbation has been utilized to obtain the analytical solution for the problem. Runge-Kutta's algorithm is also presented as our numerical solution. Some comparisons between the results obtained by the homotopy perturbation method and Runge-Kutta algorithm are shown to show the accuracy of the proposed method. In has been indicated that the homotopy perturbation shows an excellent approximations comparing the numerical one.
This paper presents analytical approximate solutions for the initial post-buckling deformation of the pipes in oil and gas wells. The governing differential equation with sinusoidal nonlinearity can be reduced to form a third-order-polynomial nonlinear equation, by coupling of the well-known Maclaurin series expansion and orthogonal Chebyshev polynomials. Analytical approximations to the resulting boundary condition problem are established by combining the Newton's method with the method of harmonic balance. The linearization is performed prior to proceeding with harmonic balancing thus resulting in a set of linear algebraic equations instead of one of non-linear algebraic equations, unlike the classical method of harmonic balance. We are hence able to establish analytical approximate solutions. The approximate formulae for load along axis, and periodic solution are established for derivative of the helix angle at the end of the pipe. Illustrative examples are selected and compared to "reference" solution obtained by the shooting method to substantiate the accuracy and correctness of the approximate analytical approach.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.12
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pp.2318-2325
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2011
The quality of float solution deeply influences the performance of CDGPS because the theories being used in the integer ambiguity resolution method are derived under the assumption of AWGN. But in real world, the properties of noises are far from AWGN, especially when multipath are concerned. It results in the bias in float solution which affects the success rate of integer ambiguity and the precision of position in CDGPS. This paper designs an augmented Kalman filter using shaping filter and Kalman filter for the performance improvement of CDGPS on multipath. The experimental results with real measurements show that the correct integer ambiguity is always found while the success rates of WLSQ and ordinary Kalman filter are 5% and 18%, respectively. Eventually, the position accuracy is also improved by using the proposed algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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