In this paper, a multi-scale meshfree-enriched finite element formulation is presented for the analysis of acoustic wave propagation problem. The scale splitting in this formulation is based on the Variational Multi-scale (VMS) method. While the standard finite element polynomials are used to represent the coarse scales, the approximation of fine-scale solution is defined globally using the meshfree enrichments generated from the Generalized Meshfree (GMF) approximation. The resultant fine-scale approximations satisfy the homogenous Dirichlet boundary conditions and behave as the "global residual-free" bubbles for the enrichments in the oscillatory type of Helmholtz solutions. Numerical examples in one dimension and two dimensional cases are analyzed to demonstrate the accuracy of the present formulation and comparison is made to the analytical and two finite element solutions.
When carbon-filled rubber specimens are subjected to cyclic loading, they do not return to their initial state after loading and subsequent unloading, but exhibit a residual strain or permanent deformation. We propose a specific form of the pseudo-elastic energy function to represent cyclic loading for incompressible, isotropic materials with stress softening and residual strain. The essence of the pseudo-elasticity theory is that material behaviour in the primary loading path is described by a common elastic strain energy function, and in unloading, reloading or secondary unloading paths by a different strain energy function. The switch between strain energy functions is controlled by the incorporation of a damage variable into the strain energy function. An extra term is added to describe the permanent deformation. The finite element implementation of the proposed model is presented in this paper. All parameters in the proposed model and elastic law can be easily estimated based on experimental data. The numerical analyses show that the results are in good agreement with experimental data.
This paper presents the derivation of the generalized governing equations in theory of elasticity, their weak forms and the some applications in the numerical analysis of structural mechanics. Unlike the differential equations in classical elasticity theory, the generalized equations of the equilibrium and compatibility equations presented here take the form of integral equations, and the generalized equilibrium equations contain the classical differential equations and the boundary conditions in a single equation. By using appropriate test functions, the weak forms of these generalized governing equations can be established. It can be shown that various variational principles in structural analysis are merely the special cases of these weak forms of generalized governing equations in elasticity. The present weak forms of elasticity equations extend greatly the choices of the trial functions for approximate solutions in the numerical analysis of various engineering problems. Therefore, the weak forms of generalized governing equations in elasticity provide a powerful modeling tool in the computational structural mechanics.
Dynamic analysis of nano/micro bio-sensors based on a multiscale atomistic/continuum theory is introduced. We use a generalized atomistic finite element method (GAFEM) to analyze a bio-sensor which has $3{\times}N_a{\times}N_p$ degrees of freedom, where $N_p$ is the number of representative unit cells and $N_a$ is the number of atoms per unit cell. The stiffness matrix is derived from interatomic potential between pairs of atoms. This work contains two studies: (1) the resonance analysis of nano bio-sensors with different amount of target analyte and (2) the dependence of resonance frequency on finite element mesh. We also examine the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition based on the highest resonance frequency. The CFL condition is the criterion for the time step used in the dynamic analysis by GAFEM. Our studies can be utilized to predict the performance of micro/nano bio-sensors from atomistic perspective.
In this paper, a theoretical method has been developed for the electric double layer interaction under condition of the variable dielectric permittivity of water. Using Poisson-Boltzmann equation (PBE), for one plate and two plates having similar or dissimilar constant charge or constant potential, we have investigated the electric double layer potential, its gradient and the disjoining pressure as well as the effect of variation of dielectric permittivity on these parameters. It has been assumed that plates are separated by a specific distance and contain a liquid solution in between. It is shown that reduction of the dielectric permittivity near the interfaces results in compression of electric double layers and affects the potential and its gradient which leads to a decreased electrostatic repulsion. In addition, it is shown that variation of dielectric permittivity in the case of higher electrolyte concentration, leads to a greater change in potential distribution between two plates.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.2
no.2
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pp.1-1
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1992
YIG(Yttrium Iron Garnet) single crystals were grown by FZ(Floating Zone) method. Since YIG melts incongruently, TSFZ(Traveling Solvent Floating Zone) method which was modified FZ was applied to grow YIG single crystals. The optimum growth condition were growth rate Imm/hr, counter-rotation 30rpm and oxidized atmosphere was necessary to sintering and growth process. The quality of grown crystals depended on the degree of sintering. The voids were generated by the reaction of Fe ions with oxygen and the density of voids was increased with the growth rate increased. When the growth rate was more than 1.5mm/hr, the cellular growth occured and the density of dislocation was increased at the periphery of crystals. Also, secondary phases of orthoferrite(YFe$O_3$)compost ion were observed in the grown crystal.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.47
no.1
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pp.35-43
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2010
1D PCA utilized in the face appearance-based face recognition methods such as eigenface-based face recognition method may lead to less face representative power and more computational cost due to the resulting 1D face appearance data vector of high dimensionality. To resolve such problems of 1D PCA, 2D PCA-based face recognition methods had been developed. However, the face representation model obtained by direct application of 2D PCA to a face image set includes both face common features and face distinctive identity features. Face common features not only prevent face recognizability but also cause more computational cost. In this paper, we first develope a model of a face distinctive identity feature subspace separated from the effects of face common features in the face feature space obtained by application of 2D PCA analysis. Then, a novel robust face recognition based on the face distinctive identity feature subspace model is proposed. The proposed face recognition method based on the face distinctive identity feature subspace shows better performance than the conventional PCA-based methods (1D PCA-based one and 2D PCA-based one) with respect to recognition rate and processing time since it depends only on the face distinctive identity features. This is verified through various experiments using Yale A and IMM face database consisting of face images with various face poses under various illumination conditions.
The statistical two-order and two-scale method is developed for predicting the mechanics parameters, such as stiffness and strength of core-shell particle-filled polymer composites. The representation and simulation on meso-configuration of random particle-filled polymers are stated. And the major statistical two-order and two-scale analysis formulation is briefly given. The two-order and two-scale expressions for the strains and stresses of conventionally strength experimental components, including the tensional or compressive column, the twist bar and the bending beam, are developed by means of their classical solutions with orthogonal-anisotropic coefficients. Then a new effective mesh generation algorithm is presented. The mechanics parameters of core-shell particle-filled polymer composites, including the expected stiffness parameters, minimum stiffness parameters, and the expected elasticity limit strength and the minimum elasticity limit strength, are defined by means of the stiffness coefficients and elasticity strength criterions for core, shell and matrix. Finally, the numerical results for predicting both stiffness and elasticity limit strength parameters are compared with the experimental data.
Jahromi, H. Zolghadr;Izzuddin, B.A.;Zdravkovic, L.
Interaction and multiscale mechanics
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v.1
no.1
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pp.33-51
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2008
This paper investigates the modelling of coupled soil-structure interaction problems by domain decomposition techniques. It is assumed that the soil-structure system is physically partitioned into soil and structure subdomains, which are independently modelled. Coupling of the separately modelled partitioned subdomains is undertaken with various algorithms based on the sequential iterative Dirichlet-Neumann sub-structuring method, which ensures compatibility and equilibrium at the interface boundaries of the subdomains. A number of mathematical and computational characteristics of the coupling algorithms, including the convergence conditions and choice of algorithmic parameters leading to enhanced convergence of the iterative method, are discussed. Based on the presented coupling algorithms a simulation environment, utilizing discipline-oriented solvers for nonlinear structural and geotechnical analysis, is developed which is used here to demonstrate the performance characteristics and benefits of various algorithms. Finally, the developed tool is used in a case study involving nonlinear soil-structure interaction analysis between a plane frame and soil subjected to ground excavation. This study highlights the relative performance of the various considered coupling algorithms in modelling real soil-structure interaction problems, in which nonlinearity arises in both the structure and the soil, and leads to important conclusions regarding their adequacy for such problems as well as the prospects for further enhancements.
A multiscale modeling scheme that addresses the influence of the nanoparticle size in nanocomposites consisting of nano-sized spherical particles embedded in a polymer matrix is presented. A micromechanics-based constitutive model for nanoparticle-reinforced polymer composites is derived by incorporating the Eshelby tensor considering the interface effects (Duan et al. 2005a) into the ensemble-volume average method (Ju and Chen 1994). A numerical investigation is carried out to validate the proposed micromechanics-based constitutive model, and a parametric study on the interface moduli is conducted to investigate the effect of interface moduli on the overall behavior of the composites. In addition, molecular dynamics (MD) simulations are performed to determine the mechanical properties of the nanoparticles and polymer. Finally, the overall elastic moduli of the nanoparticle-reinforced polymer composites are estimated using the proposed multiscale approach combining the ensemble-volume average method and the MD simulation. The predictive capability of the proposed multiscale approach has been demonstrated through the multiscale numerical simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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