This paper presents a method for the optimal control of the distributed parameter systems (DPSs) by a hierarehical computational procedure. Approximate lumped parameter systems (LPSs) are derived by using the Galerkin method employing the Legendre polynomials as the basis functions. The DPSs however, are transformed into the large scale LPSs. And thus, the hierarchical control scheme is introduced to determine the optimal control inputs for the obtained LPSs. In addition, an approach to block pulse functions is applied to solve the optimal control problems of the obtained LPSs. The proposed method is simple and efficient in computation for the optimal control of DPSs.
In this article, the semi-analytical method was used to analyze the nonlinear dynamic stability and vibration analysis of sandwich shallow spherical shells (SSSS). The SSSS was considered as functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) with three new patterns of FG-CNTRC. The governing equation was obtained and discretized utilizing the Galerkin method by implementing the von Kármán-Donnell nonlinear strain-displacement relations. The nonlinear dynamic stability was analyzed by means of the fourth-order Runge-Kutta method. Then the Budiansky-Roth criterion was employed to obtain the critical load for the dynamic post-buckling. The approximate solution for the deflection was represented by suitable mode functions, which consisted of the three modes of transverse nonlinear oscillations, including one symmetrically and two asymmetrical mode shapes. The influences of various geometrical characteristics and material parameters were studied on the nonlinear dynamic stability and vibration response. The results showed that the order of layers had a significant influence on the amplitude of vibration and critical dynamic buckling load.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.1
no.2
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pp.107-121
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1996
An optimization procedure is proposed to determine the optimal stacking sequence on the buckling of laminated composite plates with midplane symmetry under various loading conditions. Classical lamination theory is used for the determination of the critical buckling load of simply supported angle-ply laminates. Analysis is performed by the Galerkin method and Rayleigh-Ritz method. The approximate solution of buckling is replaced by the algorithms that produce generalized eigenvalue problem. Direct search technique is employed to solve the optimization problem effectively. A series of computations is carried out for plates having different aspect ratios, different load ratios and different number of lay-ups.
In this work we approximate the solution of initialboun-dary value problem using a Galerkin-finite element method for the spatial discretization and Implicit Runge-Kutta method for the spatial discretization and implicit Runge-Kutta methods for the time stepping. To deal with the nonlinear term f(x, t, u), we introduce the well-known extrapolation sheme which was used widely to prove the convergence in $L_2$-norm. We present computational results showing that the optimal order of convergence arising under $L_2$-norm will be preserved in $L_{\infty}$-norm.
The aerodynamic stability of orthotropic tensioned membrane structures with rectangular plane is theoretically studied under the uniform ideal potential flow. The aerodynamic force acting on the membrane surface is determined by the potential flow theory in fluid mechanics and the thin airfoil theory in aerodynamics. Then, based on the large amplitude theory and the D'Alembert's principle, the interaction governing equation of wind-structure is established. Under the circumstances of single mode response, the Bubnov-Galerkin approximate method is applied to transform the complicated interaction equation into a system of second order nonlinear differential equation with constant coefficients. Through judging the stability of the system characteristic equation, the critical divergence instability wind velocity is determined. Finally, from different parametric analysis, we can conclude that it has positive significance to consider the characteristics of orthotropic and large amplitude for preventing the instability destruction of structures.
The conventional geometry of a plate microstrip resonator is made up of a single metallic patch, which is printed on a monolayer dielectric substrate. Its arrangement is simple and easy to make, but it is limited in its functional abilities. Many searches have been realized to improve the bandwidth and the gain of the microstrip resonators. Among the various configurations proposed in the open literature, the stacked geometry seems to be very promising. By appropriate design, it is able to provide the operation in dual frequency mode, wide bandwidth enough and high gain. The theoretical investigations of structures composed of two stacked anti-reflection coatings, enhanced metallic coatings are available in the literature, however, for the stacked configurations involving three metallic coatings or more, not to exact or approximate analysis was conducted due to the complexity of the structure.
In this paper the elastic post-buckling behaviour of plates under non-uniform compressive edge stress is investigated. The compatibility differential equations is first solved analytically and then an approximate solution of the equilibrium equation is obtained using the Galerkin method. Explicit expressions are derived for the load-deflection, ultimate strength and membrane stress distributions. Analytical effective width formulations, based on the characteristics of the stress field of the buckled plate, are proposed for this general loading condition. The predicted load-deflection expression is compared with independent test results. Results are also presented detailing the load-deflection behaviour and stress distribution for various aspect ratios.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.3
no.2
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pp.28-38
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1986
An analytical and experimental investigation is made to the dynamic responese of a cantilever with a tip mass that models some of the basic phenomena involved in the response of a flexible manipulator with a tip mass on its free end under the given rotating motion. The system equation is derived from the Hamilton's principle on the basis of the Euler-Bernoulli hypothesis and an approximate solution is obtained from model analysis using Galerkin's method for the vibation response of the system subjected to a sudden stop after an impulsive rotation. Experiment was performed to verify the validity of the theoretical analysis. Results are given for the vibration amplitude of the free end with respect to tip mass ratio, non-dimensionalized rotating velocity, rotating angle and non- dimensionalized hub length. The rotating condition to minimize the vibration amplitude of the free end can be determined for the given basic paramenters.
This paper presents an error estimation technique for 2-D crack analysis by an enriched natural element (more exactly, enriched Petrov-Galerkin NEM). A bare solution was approximated by PG-NEM using Laplace interpolation functions. Meanwhile, an accurate quasi-exact solution was obtained by a combined use of enriched PG-NEM and the global patch recovery. The Laplace interpolation functions are enriched with the near-tip singular fields, and the approximate solution obtained by enriched PG-NEM was enhanced by the global patch recovery. The quantitative error amount is measured in terms of the energy norm, and the accuracy (i.e., the effective index) of the proposed method was evaluated using the errors which obtained by FEM using a very fine mesh. The error distribution was investigated by calculating the local element-wise errors, from which it has been found that the relative high errors occurs in the vicinity of crack tip. The differences between the enriched and non-enriched PG-NEMs have been investigated from the effective index, the error distribution, and the convergence rate. From the comparison, it has been justified that the enriched PG-NEM provides much more accurate error information than the non-enriched PG-NEM.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2467-2474
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1993
This paper deals with the cantilever subjected to a follower force which is generated by real rocket motor which has linearly decreasing thrust. The cantilever is assumed to be uniform and elastic one, In the theoretical analysis, the tip mass of rocket motor is considered as a rigid body and effects of its dynamic parameters are shown and compared with the experimental results. Particularly, the variation of the 2nd natural frequency due to the decreasing thrust is measured in the experiments and compared with the theoretical estimations. Approximate method is adopted in the theoretical analysis using Galerkin method by introducing 3-element modified operator and modified variable which represent eqation of motion and natural boundary conditions. In general, structural damping effects can be neglected and all the rigid body parameters must be taken into account in case of the short action time of the follower force and the relatively big tip mass like the system of this paper according to the experiment. Good agreement was obtained between the theoretical estimations and the experimental results by neglecting structural damping and considering all the rigid bidy parameters of the tip mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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