Techniques for stabilising slender bridges under wind loads are presented in this article. A mathematically consistent description of the acting aerodynamic forces is essential when investigating these ideas. Against this background, motion-induced aerodynamic forces are characterised using a linear time-invariant transfer element in terms of rational functions. With the help of these functions, the aeroelastic system can be described in the form of a linear, time-invariant state-space model. It is shown that the divergence wind speed constitutes an upper bound for the application of the selected mechanical actuators. Even active control with full state feedback cannot overcome this limitation. The results are derived and explained with methods of control theory.
For the slender and flexible cable supported bridges, identification of all the flutter derivatives for the vertical, lateral and torsional motions is essential for its stability investigation. In all, eighteen flutter derivatives may have to be considered, the identification of which using a three degree-of-freedom elastic suspension system has been a challenging task. In this paper, a system identification technique, known as covariance-driven stochastic subspace identification (COV-SSI) technique, has been utilized to extract the flutter derivatives for a typical bridge deck. This method identifies the stochastic state-space model from the covariances of the output-only (stochastic) data. All the eighteen flutter derivatives have been simultaneously extracted from the output response data obtained from wind tunnel test on a 3-DOF elastically suspended bridge deck section-model. Simplicity in model suspension and measurements of only output responses are additional motivating factors for adopting COV-SSI technique. The identified discrete values of flutter derivatives have been approximated by rational functions.
In this paper we present a method of determining the unknown degree of any 2D discrete linear shift-invariant system which is characterized only by the coefficients of the double power series of a transfer function, i.e. a 2D impulse response array. Our method is based on a 2D extension of Berlekamp-Massey algorithm for synthesis of linear feedback shift registers, and it gives a novel approach to identification and approximation of 2D linear systems, which can be distinguished in its simplicity and potential of applicability from the other 2D Levinson-type algorithms. Furthermore, we can solve problems of 2D Pade approximation and 2D system reduction on a reasonable assumption in the context of 2D linear systems theory.
A novel method for non-matching interfaces on the boundaries of the finite elements in partitioned domains is presented by introducing interface elements in this paper. The interface element method (IEM) satisfies the continuity conditions exactly through interfaces without recourse to the Lagrange multiplier technique. The moving least square (MLS) approximation in the present study is implemented to construct the shape functions of the interface elements. Alignment of the boundaries of sub-domains in the MLS approximation and integration domains provides a consistent numerical integration due to one form of rational functions in an integration domain. The compatibility of displacements on the boundaries of the finite elements and the interface elements is always preserved in this method, and the completeness of the shape functions of the interface elements guarantees the convergence of numerical solutions. The numerical examples show that the interface element method is a useful tool for the analysis of a partitioned system and for a global-local analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1626-1633
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2006
In the present paper, in the context of the meshless interpolation of a moving least squares (MLS) type, a novel method which uses primary and secondary nodes in the domain and on the global boundary is introduced, in order to improve the accuracy of solution. The secondary nodes can be placed at any location where one needs to obtain a better resolution. The support domains for the shape functions in the MLS approximation are defined from the primary nodes, and the secondary nodes use the same support domains. The shape functions based on the MLS approximation, in an integration domain, have a single type of a rational function, which reduces the difficulty of numerical integration to evaluate the weak form. The present method is very useful in an adaptive calculation, because the secondary nodes can be easily added and moved without an additional mesh. Several numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of the present method.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.663-667
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2000
The equivalent load method has been widely used in the design and analysis of prestressed concrete structures. The purpose of this paper is to explore several important method of obtaining equivalent loads and to clarify the advantages and limitations of each method. The methods devised in this study include the use of curvature of tendon, characteristics of primary moment, self-equilibrium conditions, and linear segments approximation of tendon. It is shown that equivalent lading system is not uniquely determined in some cases and careful engineering judgement is required from the view point of accuracy and practical convenience.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.16
no.1
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pp.65-84
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2012
We present an application of the variational multiscale methodology to the computation of concentric annular pipe flow. Isogeometric analysis is utilized for higher order approximation of the solution using Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) functions. The ability of NURBS to exactly represent curved geometries makes NURBS-based isogeometric analysis attractive for the application to the flow through the curved channel.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.37
no.3
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pp.17-30
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2000
In this paper, we propose an efficient algorithm to produce 3-D surface model from a set of range data, based on NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) surface fitting technique. It is assumed that the range data is initially unorganized and scattered 3-D points, while their connectivity is also unknown. The proposed algorithm consists of three steps: initial model approximation, hierarchical representation, and construction of the NURBS patch network. The mitral model is approximated by polyhedral and triangular model using K-means clustering technique Then, the initial model is represented by hierarchically decomposed tree structure. Based on this, $G^1$ continuous NURBS patch network is constructed efficiently. The computational complexity as well as the modeling error is much reduced by means of hierarchical decomposition and precise approximation of the NURBS control mesh Experimental results show that the initial model as well as the NURBS patch network are constructed automatically, while the modeling error is observed to be negligible.
This paper proposes a novel topology optimization method generating multiple materials for external linear plane crack structures based on the combination of IsoGeometric Analysis (IGA) and eXtended Finite Element Method (X-FEM). A so-called eXtended IsoGeometric Analysis (X-IGA) is derived for a mechanical description of a strong discontinuity state's continuous boundaries through the inherited special properties of X-FEM. In X-IGA, control points and patches play the same role with nodes and sub-domains in the finite element method. While being similar to X-FEM, enrichment functions are added to finite element approximation without any mesh generation. The geometry of structures based on basic functions of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) provides accurate and reliable results. Moreover, the basis function to define the geometry becomes a systematic p-refinement to control the field approximation order without altering the geometry or its parameterization. The accuracy of analytical solutions of X-IGA for the crack problem, which is superior to a conventional X-FEM, guarantees the reliability of the optimal multi-material retrofitting against external cracks through using topology optimization. Topology optimization is applied to the minimal compliance design of two-dimensional plane linear cracked structures retrofitted by multiple distinct materials to prevent the propagation of the present crack pattern. The alternating active-phase algorithm with optimality criteria-based algorithms is employed to update design variables of element densities. Numerical results under different lengths, positions, and angles of given cracks verify the proposed method's efficiency and feasibility in using X-IGA compared to a conventional X-FEM.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.16
no.3
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pp.169-181
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2016
This work presents a new method for enhancing the performance of a dual band Planer Inverted-F Antenna (PIFA) and its lumped equivalent circuit formulation. The performance of a PIFA in terms of return loss, bandwidth, gain, and efficiency is improved with the addition of the proposed open stub in the radiating element of the PIFA without disturbing the operating resonance frequencies of the antenna. In specific cases, various simulated and fabricated PIFA models illustrate that the return loss, bandwidth, gain, and efficiency values of antennas with longer optimum open stub lengths can be enhanced up to 4.6 dB, 17%, 1.8 dBi, and 12.4% respectively, when compared with models that do not have open stubs. The proposed open stub is small and does not interfere with the surrounding active modules; therefore, this method is extremely attractive from a practical implementation point of view. The second presented work is a simple procedure for the development of a lumped equivalent circuit model of a dual band PIFA using the rational approximation of its frequency domain response. In this method, the PIFA's measured frequency response is approximated to a rational function using a vector fitting technique and then electrical circuit parameters are extracted from it. The measured results show good agreement with the electrical circuit results. A correlation study between circuit elements and physical open stub lengths in various antenna models is also discussed in detail; this information could be useful for the enhancement of the performance of a PIFA as well as for its systematic design. The computed radiated power obtained using the electrical model is in agreement with the radiated power results obtained through the full wave electromagnetic simulations of the antenna models. The presented approach offers the advantage of saving computation time for full wave EM simulations. In addition, the electrical circuit depicting almost perfect characteristics for return loss and radiated power can be shared with antenna users without sharing the actual antenna structure in cases involving confidentiality limitations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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