In order to visualize participating media in 3D space, they usually calculate the incoming radiance by subdividing the ray path into small subintervals, and accumulating their respective light energy due to direct illumination, scattering, absorption, and emission. Among these light phenomena, scattering behaves in very complicated manner in 3D space, often requiring a great deal of simulation efforts. To effectively simulate the light scattering effect, several approximation techniques have been proposed. Volume photon mapping takes a simple approach where the light scattering phenomenon is represented in volume photon map through a stochastic simulation, and the stored information is explored in the rendering stage. While effective, this method has a problem that the number of necessary photons increases very fast when a higher variance reduction is needed. In an attempt to resolve such problem, we propose a different approach for rendering particle-based volume data where kernel smoothing, one of several density estimation methods, is explored to represent and reconstruct the light in-scattering effect. The effectiveness of the presented technique is demonstrated with several examples of volume data.
When the numerical analysis is carried out, it is necessary to set proper elements as a feature of analysis domains for more accurate simulations. In this study, Distinct Element Method(DEM) is applied, only considering repulsive force and tensile force except for frictional force and resisting force of particle. When the filled particles with initial Quad-tree type is relocated by DEM, a blank space existing among the particles can be minimized because the shape of particle is circular. Finally, it is the effective feature that the centroidal disposion of the particles is similar to an equilateral triangle. Triangular mesh are formed by using the Delaunay triangular technique on these relocated particles, the quality of triangular mesh is more improved by carrying out Laplace interpolations. The compared result of Aspect Ratio before and after the Laplace interpolation is shown that although the quality of triangular mesh made by DEM is good, the later triangular mesh are higher quality than the formers. In this study, although the developed technique takes a longer calculational time than the previous technique to generate triangular mesh, it is considered that the applicable possibility is very high in the generation of finite element mesh about wave analysis and various numerical simulation to need a complex or reappearance of exact topography.
Numerical simulations by three-dimensional Particle Flow Code($PFC^{3D}$, Itasca) considering distinct element method (DEM) were carried out for prediction of triaxial compression test with sand material. The effect of scale conditions for numerical model and distinct material on final prediction results was analyzed by numerical models under various scale conditions, and following observations were made from the numerical experiments. It is very useful to model the initial material condition without any porosity conversion from 2-D to 3-D DEM. Numerical experiments have shown that in all cases considered, 3D distinct element modeling could provide good agreement on stress-strain behavior, volume change and strength properties with laboratory testing results. It was important thing to assess reasonable scale ratio of numerical model and distinct elements for saving calculation time and securing calculation efficiency under condition with accuracy and appropriateness as numerical laboratory. As results of DEM simulations under various scale conditions, most of results show that shear strength properties as cohesion and internal friction angle are similar in condition of $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10. It shows that 3-D distinct element method could be used as efficient tool to assess strength properties by numerical laboratory technique.
By virtue of chord-length density function from the field of statistical physics, this paper introduced a quantitative approach to estimate the distribution of cement paste thickness between aggregates in concrete. Dynamics mixing method based on molecular dynamics was employed to generate one model structure, then image analysis algorithm was used to obtain the distribution of thickness of cement paste in model structure for the purpose of verification. By comparison of probability density curves and cumulative probability curves of the cement paste thickness among neighboring aggregates, it is found that the theoretical results are consistent with the simulation. Furthermore, for the model mortar and concrete mixtures with practical volume fraction of Fuller-type aggregate, this analytical formula was employed to predict the influence of aggregate volume fraction and aggregate fineness. And evolution of its mean values were also investigated with the variation of volume fraction of aggregate as well as the fineness of aggregates in model mortars and concretes.
Kim, Sunhyo;Kim, Woojoong;Choi, Jee Woong;Yoon, Young Joong;Park, Joungsoo
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.18
no.5
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pp.538-547
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2015
The goal of this study is to develop an algorithm to propose optimal deployment of detection sensor nodes in the target area, based on a performance surface, which represents detection performance of active and passive acoustic sonar systems. The performance surface of the active detection system is calculated from the azimuthal average of maximum detection ranges, which is estimated with a transmission loss and a reverberation level predicted using ray-based theories. The performance surface of the passive system is calculated using the transmission loss model based on a parabolic equation. The optimization of deployment configurations is then performed by a hybrid method of a virtual force algorithm and a particle swarm optimization. Finally, the effectiveness of deployment configurations is analyzed and discussed with the simulation results obtained using the algorithm proposed in this paper.
Uncertainty introduced by a cross-correlation algorithm based on FFT has been investigated using PIV standard images. The standard images were generated by the Monte Carlo simulation method. Both bias and random errors from the velocity vector have been analyzed with regard to the particle diameter, displacement, and the number of particles. The uncertainty of velocity is evaluated based upon the IS0/IEC standard. As a result, a total error of $0.26\%$ is included in the PIV cross-correlation algorithm. In addition, the uncertainty budget is presented, where the effect of the above three variables is examined. According to the budget, the variation of the number of particles within the interrogation window mainly contributes to the combined standard uncertainty of the real measured velocity field when excluding the effect of errors by the experiments itself. Finally, the expanded uncertainty is found to be about $12\%$ at the $95\%$ confidence level.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.9
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pp.805-812
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2013
This paper describes the design, control, and localization which comprise major aspects of the development of underwater robots for the mine disposal. The developed robots are called the Mine Killer (MK-1) and MK-2. MK-1 had been developed from September 2009 and was presented at the 9-th International Symposium at NPS Monterey CA, on May 17-21, 2010[1]. The paper presents design of MK-1 and MK-2 in detail with comparison of these two versions of MKs. Then it derives hydrodynamic coefficients of MK-1. Based on the coefficients, the motion of MK-1 is simulated for straight line motion and circular motion. Also simulation results for PD control, LQ control and sliding mode control are presented. Finally, it shows a particle filter method for localization of MK-1 and MK-2 using simple range data from acoustic beacons.
Optimized volume production of nanoscale phosphor powders synthesized by radio frequency (RF) plasma process was developed for the application to plasma display panels. The nano powders were synthesized by feeding the both solid and liquid type precursors, and nanoparticle phosphors were characterized in terms of particle size, shape, and photoluminescence (PL) intensities. Computer simulation was performed in advance to determine the process parameters, and nano phosphors were evaluated by comparing with current commercial micron-sized phosphor powders. Practical feeding of both solid and liquid type precursor was proved to be effective for volume production.The developed process showed a potential as a production method for red, blue and green phosphor although the PL intensity still needs further improvement.
Dynamic deflection monitoring is an essential and critical part of structural health monitoring for high-speed railway bridges. Two critical problems need to be addressed when using inclinometer sensors for such applications. These include constructing a general representation model of inclination-deflection and addressing the ill-posed inverse problem to obtain the accurate dynamic deflection. This paper provides a dynamic deflection monitoring method with the placement of optimal inclinometer sensors for high-speed railway bridges. The deflection shapes are reconstructed using the inclination-deflection transformation model based on the differential relationship between the inclination and displacement mode shape matrix. The proposed optimal sensor configuration can be used to select inclination-deflection transformation models that meet the required accuracy and stability from all possible sensor locations. In this study, the condition number and information entropy are employed to measure the ill-condition of the selected mode shape matrix and evaluate the prediction performance of different sensor configurations. The particle swarm optimization algorithm, genetic algorithm, and artificial fish swarm algorithm are used to optimize the sensor position placement. Numerical simulation and experimental validation results of a 5-span high-speed railway bridge show that the reconstructed deflection shapes agree well with those of the real bridge.
The filtered vacuum arc source (FVAS), which is adopted by magnetic filtering methode to remove the macro-particle in vacuum arc plasma, was composed of a torus structure with bending angle of 60 degree. The radius of torus was 266 mm, the radius of plasma duct was 80 mm and the total length was 600 mm. The magnet parts were consisted of one permanent magnet, one magnetic yoke and five solenoid magnets. The plasma duct was electrically isolated from the ground so that a bias voltage could be applied. The baffles inside plasma duct were installed in order to prevent the recoil effect of macro-particles. Graphite was used as the cathode material to coat the amorphic diamond film and its diameter was 80 mm. The amorphic diamond film attracts much attention due to its excellent mechanical, optical and tribological properties suitable for wide range of applications. The effects of solenoid magnet in plasma extraction were studied by computer simulation and experiment using Taguchi's method. The source and extraction magnet affected the arc stabilization. The extraction beam current was maximized with low value of the source magnet current and high value of the filtering magnet current. Optimum deposition condition was obtained when the currents of arc discharge, source, extraction, bending, deflection and outlet magnet were 30 A, 1 A, 3 A, 5 A, and 5 A, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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