Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.26
no.4
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pp.323-332
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2022
This paper presents a numerical study on multigrid algorithms of V-cycle type for problems posed in the Hilbert space H(curl) in three dimensions. The multigrid methods are designed for discrete problems originated from the discretization using the hexahedral Nédélec edge element of the lowest-order. Our suggested methods are associated with smoothers constructed by substructuring based on domain decomposition methods of nonoverlapping type. Numerical experiments to demonstrate the robustness and the effectiveness of the suggested algorithms are also provided.
Qizheng Sun ;Wei Xiao;Xiangyue Li ;Han Yin;Tengfei Zhang ;Xiaojing Liu
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2172-2194
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2023
A variational nodal method (VNM) with unstructured-mesh is presented for solving steady-state and dynamic neutron diffusion equations. Orthogonal polynomials are employed for spatial discretization, and the stiffness confinement method (SCM) is implemented for temporal discretization. Coordinate transformation relations are derived to map unstructured triangular nodes to a standard node. Methods for constructing triangular prism space trial functions and identifying unique nodes are elaborated. Additionally, the partitioned matrix (PM) and generalized partitioned matrix (GPM) methods are proposed to accelerate the within-group and power iterations. Neutron diffusion problems with different fuel assembly geometries validate the method. With less than 5 pcm eigenvalue (keff) error and 1% relative power error, the accuracy is comparable to reference methods. In addition, a test case based on the kilowatt heat pipe reactor, KRUSTY, is created, simulated, and evaluated to illustrate the method's precision and geometrical flexibility. The Dodds problem with a step transient perturbation proves that the SCM allows for sufficiently accurate power predictions even with a large time-step of approximately 0.1 s. In addition, combining the PM and GPM results in a speedup ratio of 2-3.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.264-277
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2015
This article investigates various transcription techniques for the Legendre pseudospectral (PS) method to compare the pros and cons of each approach. Eight combinations from four different types of collocation points and two discretization methods for dynamic constraints, which differentiate Legendre PS transcription techniques, are implemented to solve a carefully selected test set of nonlinear optimal control problems (NOCPs). The convergence property and prediction accuracy are compared to provide a useful guideline for selecting the best combination. The tested NOCPs consist of the minimum time, minimum energy, and problems with state and control constraints. Therefore, the results drawn from this comparative study apply to the solution of similar types of NOCPs and can mitigate much debate about the best combinations. Additionally, important findings from this study can be used to improve the numerical efficiency of the Legendre PS methods. Three PS applications to the aerospace engineering problems are demonstrated to prove this point.
This paper presents a finite element approach for determining the natural frequencies for planar inclined arches of various shapes vibrating in three-dimensional space. The profile of inclined arches, represented by undeformed centriodal axis of cross-section, is defined by the equation of plane curves expressed in the rectangular coordinates which are : circular, parabolic, sine, elliptic, and catenary shapes. In free vibration state, the arch is slightly displaced from its undeformed position. The linear relationship between curvature-torsion and axial strain is expressed in terms of the displacements in three-dimensional space. The finite element discretization along the span length is used rather than the total are length. Numerical results for arches of various shapes are given and they are in good agreement with those reported in literature. The natural frequency parameters and mode shapes are reported as functions of two nondimensional parameters: the span to cord length ratio (e) and the rise to cord length ratio (f).
In this manuscript we study perturbed Newton-like methods for the solution of nonlinear operator equations in a Banach space and their discretized versions in connection with the mesh independence principle. This principle asserts that the behavior of the discretized process is asymptotically the same as that for the original iteration and consequently, the number of steps required by the two processes to converge to within a given tolerance is essentially the same. So far this result has been proved by others using Newton's method for certain classes of boundary value problems and even more generally by considering a Lipschitz uniform discretization. In some of our earlierpapers we extend these results to include Newton-like methods under more general conditions. However, all previous results assume that the iterates can be computed exactly. This is mot true in general. That in why we use perturbed Newton-like methods and even more general conditions. Our results, on the one hand, extend, and on the other hand, make more practical and applicable all previous results.
A simplified fast-running system code is developed to simulate loop transients such as pump coastdown, loop failures and natural circulation. Special emphasis is put on the numerical investigation of the natural circulation system with multiloop. For this purpose, 5 governing equations are derived, and they are discretized by the space-time integration technique. The developed computer program is applied to three sample problems; transition from 2-loop to 1-loop operation, transition from 1-loop to 2-loop operation, and the transient behavior with decay power in the case of 2-loop operation.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.11
no.4
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pp.274-281
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2013
In this study, we consider the challenges in motion planning for automated driving systems. Most of the existing online motion-planning algorithms, which take dynamics into account, find it difficult to operate in an environment with narrow passages. Some of the existing algorithms overcome this by offline preprocessing if environment is known. In this work an online algorithm for motion planning with dynamics in an unknown cluttered environment with narrow passages is presented. It utilizes an idea of hybrid planning with sampling- and discretization-based motion planners, which run simultaneously in a full configuration space and a derived reduced space. The proposed algorithm has been implemented and tested with a real autonomous vehicle. It provides significant improvements in computational time performance over basic planning algorithms and allows the generation of smoother paths than those generated by the recently developed hybrid motion planners.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.8
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pp.790-797
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2010
Mode transition of the axi-symmetric screech tone in the low supersonic Mach number range from 1.0 to 1.20 is numerically analyzed. The axi-symmetric Navier-Stokes equations and the k-e turbulence model are solved in the cylindrical coordinate system. The dispersion-relation-preserving(DRP) scheme is applied for space discretization and the optimized four levels marching method are used for time integration. At low supersonic Mach numbers with an axi-symmetric A1 mode in the simulation, it is shown that acoustic propagation due to the nonlinear effects is seen in the lateral direction and the screech tone frequency is the same as the vortex passing frequency due to the generation of intense large-scale vortical motions.
Integrated finite difference method (IFDM) is used to solve one dimensional free oscillation problem in the coastal area. To evaluate the solution accuracy of IFDM in free oscillation analysis, two finite difference equations based on area discretization method and point discretization method are derived from the governing equations of free oscillation, respectively. The difference equations are transformed into a generalized eigenvalue problem, respectively. A numerical example is presented, for which the analytical solution is available, for comparing IFDM to conventional finite difference equation (CFDM), qualitatively. The eigenvalue matrices are solved by sub-space iteration method. The numerical results of the two methods are in good agreement with analytical ones, however, IFDM yields better solution than CFDM in lower modes because IFDM only includes first order differential operator in finite difference equation by Green's theorem. From these results, it is concluded that IFDM is useful for the free oscillation analysis in the coastal area.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.2
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pp.115-122
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2008
The effects of characteristic condition number on the convergence of preconditioned Euler equations were investigated. The two-dimensional preconditioned Euler equations adopting Choi and Merkle's preconditioning and the temperature preconditioning are considered. Preconditioned Roe's FDS scheme was adopted for spatial discretization and preconditioned LU-SGS scheme was used for time integration. It is shown that the convergence characteristics of the Euler equations are strongly affected by the characteristic condition number, and there is an optimal characteristic condition number for a problem. The optimal characteristic condition numbers for the Choi and Merkle's preconditioning and temperature preconditioning are different.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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