International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권4호
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pp.816-826
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2017
In this paper, a generalized discretization scheme is proposed that can derive general-order finite difference equations representing the joint probability density function of dynamic response of stochastic systems. The various order of finite difference equations are applied to solutions of the Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) equation. The finite difference equations derived by the proposed method can greatly increase accuracy even at the tail parts of the probability density function, giving accurate reliability estimations. Compared with exact solutions and finite element solutions, the generalized finite difference method showed increasing accuracy as the order increases. With the proposed method, it is allowed to use different orders and types (i.e. forward, central or backward) of discretization in the finite difference method to solve FPK and other partial differential equations in various engineering fields having requirements of accuracy or specific boundary conditions.
This work presents a direct integration scheme, based on a fourth order finite difference approach, for elastodynamics. The proposed scheme was chosen as an alternative for attenuating the errors due to the use of the central difference method, mainly when the time-step length approaches the critical time-step. In addition to eliminating the spurious numerical oscillations, the fourth order finite difference scheme keeps the advantages of the central difference method: reduced computer storage and no requirement of factorisation of the effective stiffness matrix in the step-by-step solution. A study concerning the stability of the fourth order finite difference scheme is presented. The Finite Element Method and the Boundary Element Method are employed to solve elastodynamic problems. In order to verify the accuracy of the proposed scheme, two examples are presented and discussed at the end of this work.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제9권1호
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pp.91-98
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2005
The straight rectangular fin is analyzed using the one-dimensional analytic method and the finite difference method. For the finite difference method, the numbers of nodes vary from 20 to 100. The relative errors of heat loss and temperature between the analytic method and the finite difference method are represented as a function of Biot Number and dimensionless fin length. One of the results shows that the relative error between the analytic method and the finite difference method decreases as the numbers of nodes for finite difference method increase.
셀 기반 유한 차분법을 사용하여 P파 속도와 밀도 변화를 고려한 3차원 시간 영역 음향 파동 전파 모델링에서 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 살펴보았다. 일반적인 유한 차분법에서는 격자점에 탄성파 속도 또는 밀도와 같은 물성을 할당하고 계산하지만 셀 기반 유한 차분법에서는 이러한 물성을 격자점 사이의 셀에 할당한다. 격자점에서의 차분식 계산을 위해서는 주변 셀의 물성 평균값을 이용하는데 이로 인해 일반적인 유한 차분법에 비해 계산량이 증가하게 된다. 이 연구에서는 이러한 계산량 문제를 개선하기 위해 메모리를 추가로 사용하여 모델링 시간을 30 % 이상 줄일 수 있었다. 또한 밀도가 제한적으로 변화하는 매질에서 셀 기반 유한 차분법과 일반 유한 차분법을 함께 사용하여 모델링 성능을 추가로 향상시킬 수 있었다.
In this paper, we introduce a new numerical technique which we call fractional Chebyshev finite difference method (FChFD). The algorithm is based on a combination of the useful properties of Chebyshev polynomials approximation and finite difference method. We tested this technique to solve numerically fractional BVPs. The proposed technique is based on using matrix operator expressions which applies to the differential terms. The operational matrix method is derived in our approach in order to approximate the fractional derivatives. This operational matrix method can be regarded as a non-uniform finite difference scheme. The error bound for the fractional derivatives is introduced. The fractional derivatives are presented in terms of Caputo sense. The application of the method to fractional BVPs leads to algebraic systems which can be solved by an appropriate method. Several numerical examples are provided to confirm the accuracy and the effectiveness of the proposed method.
A comparison is made of the temperature distribution and heat loss from a trapezoidal profile fin using two different 3-dimensional methods. These two methods are analytical and finite difference methods. In the finite difference method 78 nodes are used for a fourth of the fin. A trapezoidal profile fin being the height of the fin tip is half of that of the fin base is chosen arbitrarily as the model. One of the results shows that the relative error in the total convection heat loss obtained by using 78 nodes in the finite difference method as compared to the heat conduction through the fin root obtained by analytic method seems to be good (i.e., -3.5%
A linearized finite-difference scheme is used to transform the initial/boundary-value problem associated with the nonlinear Schrodinger equation into a linear algebraic system. This method is developed by replacing the time and the nonlinear term by an appropriate parametric linearized scheme based on Taylor’s expansion. The resulting finite-difference method is analysed for stability and convergence. The results of a number of numerical experiments for the single-soliton wave are given.
This article presents a new global-local hybrid coarse-mesh finite difference (HCMFD) method for efficient parallel calculation of pin-by-pin heterogeneous core analysis. In the HCMFD method, the one-node coarse-mesh finite difference (CMFD) scheme is combined with a nodal expansion method (NEM)-based two-node CMFD method in a nonlinear way. In the global-local HCMFD algorithm, the global problem is a coarse-mesh eigenvalue problem, whereas the local problems are fixed source problems with boundary conditions of incoming partial current, and they can be solved in parallel. The global problem is formulated by one-node CMFD, in which two correction factors on an interface are introduced to preserve both the surface-average flux and the net current. Meanwhile, for accurate and efficient pin-wise core analysis, the local problem is solved by the conventional NEM-based two-node CMFD method. We investigated the numerical characteristics of the HCMFD method for a few benchmark problems and compared them with the conventional two-node NEM-based CMFD algorithm. In this study, the HCMFD algorithm was also parallelized with the OpenMP parallel interface, and its numerical performances were evaluated for several benchmarks.
Bouguenina, Otbi;Belakhdar, Khalil;Tounsi, Abdelouahed;Adda Bedia, El Abbes
Steel and Composite Structures
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제19권3호
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pp.679-695
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2015
A numerical solution using finite difference method to evaluate the thermal buckling of simply supported FGM plate with variable thickness is presented in this research. First, the governing differential equation of thermal stability under uniform temperature through the plate thickness is derived. Then, the governing equation has been solved using finite difference method. After validating the presented numerical method with the analytical solution, the finite difference formulation has been extended in order to include variable thickness. The accuracy of the finite difference method for variable thickness plate has been also compared with the literature where a good agreement has been found. Furthermore, a parametric study has been conducted to analyze the effect of material and geometric parameters on the thermal buckling resistance of the FGM plates. It was found that the thickness variation affects isotropic plates a bit more than FGM plates.
In this paper, a finite difference method for a Cauchy problem of RLW-Burgers equation was considered. Although the equation is not energy conservation, we have given its the energy conservative finite difference scheme with condition. Convergence and stability of the difference solution were proved. Numerical results demonstrate that the method is efficient and reliable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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