This article reviews recent developments in three-dimensional (3-D) magntotelluric (MT) imaging. The inversion of MT data is fundamentally ill-posed, and therefore the resultant solution is non-unique. A regularizing scheme must be involved to reduce the non-uniqueness while retaining certain a priori information in the solution. The standard approach to nonlinear inversion in geophysis has been the Gauss-Newton method, which solves a sequence of linearized inverse problems. When running to convergence, the algorithm minimizes an objective function over the space of models and in the sense produces an optimal solution of the inverse problem. The general usefulness of iterative, linearized inversion algorithms, however is greatly limited in 3-D MT applications by the requirement of computing the Jacobian(partial derivative, sensitivity) matrix of the forward problem. The difficulty may be relaxed using conjugate gradients(CG) methods. A linear CG technique is used to solve each step of Gauss-Newton iterations incompletely, while the method of nonlinear CG is applied directly to the minimization of the objective function. These CG techniques replace computation of jacobian matrix and solution of a large linear system with computations equivalent to only three forward problems per inversion iteration. Consequently, the algorithms are efficient in computational speed and memory requirement, making 3-D inversion feasible.
This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.
Kim, Yong-Hee;Kim, Dong-Gyu;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.6
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pp.62-71
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2013
The passive emitter location method using TDOA and FDOA measurements has higher accuracy comparing to the single TDOA or FDOA based method. Moreover, it is able to estimate the velocity vector of a moving platform. Recently, several non-iterative methods were suggested using the nuisance parameter but the common reference sensor is needed for each pair of sensors. They show also relatively low performance in the case of a long range between the sensor groups and the emitter. To solve this, we derive the estimation method of the position and velocity of a moving platform based on the Gauss-Newton method. In addition, to analyze the estimation performance of the position and velocity, respectively, we decompose the CRLB matrix into each subspace. Simulation results show the estimation performance of the derived method and the CEP planes according to the given geometry of the sensors.
This paper presents a high-speed performance analysis of ball bearings with ceramic balls under thrust loads. The sliding velocity profiles between a ball and raceways were obtained by the 3-D quasi-dynamic equations of motion including both centrifugal force and gyroscopic moment derived by vector matrix algebra. The friction at the contact areas was obtained by the Bair-Winer's non-Newtonian rheological model and the Hamrock-Dowson's central film thickness in EHL analysis. The nonlinear equations were solved by the Newton-Raphson method and the underrelaxation iterative method. The friction torques and ball behaviors with various loads, ball materials, and contact angles were predicted by this model. It was shown that the friction torque was sensitive to thrust load and contact angle, and that the friction torque and the pitch angle of the bearing with ceramic balls are smaller than those of the bearing with steel balls.
As a supplement to X-ray mammography, microwave imaging is a new and promising technique for breast cancer detection. Through solving the nonlinear inverse scattering problem, microwave tomography (MT) creates images from measured signals using antennas. In this paper, we describe a developed MT system and an iterative Gauss-Newton algorithm. At each iteration, this algorithm determines the updated values by solving the set of normal equations using Tikhonov regularization. Some examples of successful image reconstruction are presented.
In this paper we propose a new family of eighth order optimal methods for solving nonlinear equations by using weight function methods. The methods of the family require three function and one derivative evaluations per step and has order of convergence eight, and so they are optimal in the sense of Kung-Traub hypothesis. Precise analysis of convergence is given. Some members of the family are compared with several existing methods to show their performance and as a result to confirm that our methods are as competitive as compared to them.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.1-8
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2004
For the linearized differential algebraic equation of the nonlinear constrained system, exact initial values of the acceleration are needed to solve itself. It may be very troublesome to perform the inverse operation for obtaining the incremental quantities since the mass matrix contains the zero element in the diagonal. This fact makes the mass matrix impossible to be positive definite. To overcome this singularity phenomenon the mass matrix needs to be modified to allow the feasible application of predictor and corrector in the iterative computation. In this paper the proposed numerical algorithm based on the modified mass matrix combines the conventional implicit algorithm, Newton-Raphson method and Newmark method. The numerical example presents reliabilities for the proposed algorithm via comparisons of the 4th order Runge-kutta method. The proposed algorithm seems to be satisfactory even though the acceleration, Lagrange multiplier, and energy show unstable behaviour. Correspondingly, it provides one important clue to another algorithm for the enhancement of the numerical results.
This paper presents a displacement-based finite element procedure for second-order distributed plasticity analysis of planar steel frames with semi-rigid beam-to-column connections under static loadings. A partially strain-hardening elastic-plastic beam-column element, which directly takes into account geometric nonlinearity, gradual yielding of material, and flexibility of semi-rigid connections, is proposed. The second-order effects and distributed plasticity are considered by dividing the member into several sub-elements and meshing the cross-section into several fibers. A new nonlinear solution procedure based on the combination of the Newton-Raphson equilibrium iterative algorithm and the constant work method for adjusting the incremental load factor is proposed for solving nonlinear equilibrium equations. The nonlinear inelastic behavior predicted by the proposed program compares well with previous studies. Coupling effects of three primary sources of nonlinearity, geometric imperfections, and residual stress are investigated and discussed in this paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.225-231
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2000
Dimensional synthesis of planar and spatial mechanisms mostly requires solution-finding, procedure for a system of polynomial equations. In case the system is nonlinear, numerical techniques like Newton-Raphson are often used. But there are no logical ways for finding all possible solutions in such iterative methods. In this paper, algebraic elimination is used to get all solutions for the synthesis of 5-SS spatial mechanism with seven prescribed positions. The proposed algorithm is more suitable for computer implementation and takes less time than existing one. Two numerical examples are given to demonstrate the implemented algorithm.
The herringbone groove journal bearing (HGJB) has chevron type grooves on stationary or rotating member of the bearing so that they pump the lubricant inward the grooves when journal rotates. As a result, the pressure is generated around the journal so that the radial stiffness and dynamic stability are improved comparing to the plain journal bearing (PJB) when the bearing operates near the concentric condition. The narrow groove theory, conventionally adopted to simulate the concentric operation of HGJB, is limited to the infinite number of grooves. A numerical study of air-lubricated HGJB is presented for the finite number of grooves. The compressible isothermal Reynolds equation is solved by using Finite Element Method together with the Newton-Raphson iterative procedure and perturbation method. The solutions render the static and dynamic performances of HGJB. Comparison of present results with a PJB validates previously published finite difference solution. The HGJB's geometric parameters influence its static and dynamic characteristics. The optimum geometric parameters are presented for the air-lubricated HGJB in particular conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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