In this paper, a new modified conjugate gradient (MCG) method is presented which is based on a new gradient regularizer, and this method is used to identify the dynamic load on airfoil structure without and with considering random structure parameters. First of all, the newly proposed algorithm is proved to be efficient and convergent through the rigorous mathematics theory and the numerical results of determinate dynamic load identification. Secondly, using the perturbation method, we transform uncertain inverse problem about force reconstruction into determinate load identification problem. Lastly, the statistical characteristics of identified load are evaluated by statistical methods. Especially, this newly proposed approach has successfully solved determinate and uncertain inverse problems about dynamic load identification. Numerical simulations validate that the newly developed method in this paper is feasible and stable in solving load identification problems without and with considering random structure parameters. Additionally, it also shows that most of the observation error of the proposed algorithm in solving dynamic load identification of deterministic and random structure is respectively within 11.13%, 20%.
Deployable structures have gained more and more applications in space and civil structures, while it takes a large amount of computational resources to analyze this kind of multibody systems using common analysis methods. This paper presents a new approach for dynamic analysis of multibody systems consisting of both rigid bars and arbitrarily shaped rigid bodies. The bars and rigid bodies are connected through their nodes by ideal pin joints, which are usually fundamental components of deployable structures. Utilizing the Moore-Penrose generalized inverse matrix, equations of motion and constraint equations of the bars and rigid bodies are formulated with nodal Cartesian coordinates as unknowns. Based on the constraint equations, the nodal displacements are expressed as linear combination of the independent modes of the rigid body displacements, i.e., the null space orthogonal basis of the constraint matrix. The proposed method has less unknowns and a simple formulation compared with common multibody dynamic methods. An analysis program for the proposed method is developed, and its validity and efficiency are investigated by analyses of several representative numerical examples, where good accuracy and efficiency are demonstrated through comparison with commercial software package ADAMS.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.7
no.1
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pp.21-27
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2013
Manual wheelchair propulsion can lead to pain and injuries of users due to mechanical inefficiency of wheelchair propulsion motion. The kinetic analysis of the upper limbs during manual wheelchair propulsion needs to be studied. A two dimensional inverse dynamic model of upper limbs was developed to compute the joint torque during manual wheelchair propulsion. The model was composed of three segments corresponding to upper arm, lower arm and hand. These segments connected in series by revolute joints constitute open chain mechanism in sagittal plane. The inverse dynamic method is based on Newton-Euler formalism. The model was applied to data collected in experiments. Kinematic data of upper limbs during wheelchair propulsion were obtained from three dimensional trajectories of markers collected by a motion capture system. Kinetic data as external forces applied on the hand were obtained from a dynamometer. The joint rotation angles and joint torques were computed using the inverse dynamic model. The developed model is for upper limbs biomechanics and can easily be extended to three dimensional dynamic model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.393-399
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2013
In this paper, a novel approach to estimate cohesive laws for the mode I fracture of the graphene is presented by combining molecular dynamic simulations and an inverse algorithm based on field projection method and finite element method. The determination of crack-tip cohesive laws of the graphene based on continuum mechanics is a non-trivial inverse problem of finding unknown tractions and separations from atomic simulations. The displacements of molecular dynamic simulations in a region far away from the crack tip are transferred to finite element nodes by using moving least square approximation. Inverse analyses for extracting unknown cohesive tractions and separation behind the crack tip can be carried out by using conservation nature of the interaction J- and M-integrals with numerical auxiliary fields which are generated by systematically imposing uniform surface tractions element-by-element along the crack surfaces in finite element models. The preset method can be a very successful approach to extract crack-tip cohesive laws from molecular dynamic simulations as a scale bridging method.
Kim, Hyeong-Seop;Han, Ji-Hoon;Choi, Dong-Jin;Hong, Sun-Ki
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.68
no.2
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pp.262-268
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2019
Previous dynamic models of hysteresis motor use an extended induction machine equivalent circuit or somewhat different equivalent circuit with conventional one, which makes unsatisfiable results. In this paper, the hysteresis dynamic characteristics of the motor rotor are analyzed using the inverse Preisach model and the hysteresis motor equivalent circuit considering eddy current effect. The hysteresis loop for the rotor ring is analyzed under full-load voltage source static state. The calculated hysteresis loop is then approximated to an ellipse for simplicity of dynamic computation. The permeability and delay angle of the elliptic loop apply to the dynamic analysis model. As a result, it is possible to dynamically analyze the hysteresis motor according to the applied voltage and the rotor material. With this method, the motor speed, generated torque, load angle, rotor current as well as synchronous entry time, hunting effect can be calculated.
Hong Seong-Wook;Patrangenaru Vlad;Singhose William;Sprigle Stephen
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.7
no.3
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pp.66-71
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2006
Some wheelchair users with neuromuscular disorders experience involuntary extensor thrusts, which may cause injuries via impact with the wheelchair, cause the user to slide out of the wheelchair seat, and damage the wheelchair. Knowledge of the human-generated forces during an extensor thrust is of great importance in devising safer, more comfortable wheelchairs. This paper presents an efficient method for identifying human-generated forces during an extensor thrust. We used an inverse dynamic approach with a three-link human body model and a system for measuring human body motion. We developed an experimental system that determines the angular motion of each human body segment and the force at the footrest, which was used to overcome the mathematical indeterminacy of the problem. The proposed method was validated experimentally, illustrating the force-identification process during an extensor thrust.
The multiparameter eigenvalue method can be used to solve the damped finite element model updating problems. This method transforms the original problems into multiparameter eigenvalue problems. Comparing with the numerical methods based on various optimization methods, a big advantage of this method is that it can provide all possible choices of physical parameters. However, when solving the transformed singular multiparameter eigenvalue problem, the proposed method based on the generalised inverse of a singular matrix has some computational challenges and may fail. In this paper, more details on the transformation from the dynamic model updating problem to the multiparameter eigenvalue problem are presented and the structure of the transformed problem is also exposed. Based on this structure, the rigorous mathematical deduction gives the upper bound of the number of possible choices of the physical parameters, which confirms the singularity of the transformed multiparameter eigenvalue problem. More importantly, we present a row and column compression method to overcome the defect of the proposed numerical method based on the generalised inverse of a singular matrix. Also, two numerical experiments are presented to validate the feasibility and effectiveness of our method.
This paper aims to present an alternative analytical method for transient vibration analysis of doubly-curved laminated shells subjected to dynamic loads. In the method proposed, the governing differential equations of laminated shell are derived using the dynamic version of the principle of virtual displacements. The governing equations of first order shear deformation laminated shell are obtained by Navier solution procedure. Time-dependent equations are transformed to the Laplace domain and then Laplace parameter dependent equations are solved numerically. The results obtained in the Laplace domain are transformed to the time domain with the help of modified Durbin's numerical inverse Laplace transform method. Verification of the presented method is carried out by comparing the results with those obtained by Newmark method and ANSYS finite element software. Also effects of number of laminates, different material properties and shell geometries are discussed. The numerical results have proved that the presented procedure is a highly accurate and efficient solution method.
In this paper, a self-learning fuzzy controller is designed with a fuzzy approximation of an inverse model. The aim of an identification is to find an input command which is control of a system output. It is intuitional and easy to use a classical adaptive inverse modeling method for the identification, but it is difficult and complex to implement it. This problem can be solved with a fuzzy approximation of an inverse modeling. The fuzzy logic effectively represents the complex phenomena of the real world. Also fuzzy system could be represented by the neural network that is useful for a learning structure. The rule of a fuzzy inverse model is modified by the gradient descent method. The goal is to be obtained that makes the design of fuzzy controller less complex, and then this self-learning fuzz controller can be used for nonlinear dynamic system. We have applied this scheme to a nonlinear Ball and Beam system.
In this paper dynamic responses of an engine, which is supported by hydraulic mount, to throttle tip-in/tip out are analyzed. Because the hydraulic mounts have non-linearity which the characteristics of stiffness and damping vary with frequencies, it is difficult to analyze the dynamic behavior of an engine using general integral algorithms. Convolution integrals and relationships between unit impulse response functions and frequency response functions are therefore used to simulate the transient behavior of an engine indirectly. In time domain, impulse response functions are calculated by two-side discrete inverse Fourier transform of frequency response function achieved by Laplace transform of equations of motion. Considering the fact that the shapes of behavior of an engine simulated by the proposed method are in good agreement with test results, it is confirmed that the proposed method is very effective for the analysis of transient response to throttle tip-in/out of an engine with hydraulic mounts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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