The stability analysis of coronal magnetic structures is important for studying the initiation of solar flares and eruptions. In order to understand the flare onset process, we first reconstructed the 3D coronal magnetic structures of active region 12371 with an M6.5 flare using a nonlinear force-free field (NLFFF) model based on vector magnetic fields. The NLFFFs successfully produce the observed sigmoidal structure which is composed of two branches of sheared arcade loops. The stability analysis were examined for three representative MHD instabilities: the kink, the torus, and the double arc instabilities. Our stability analysis shows that the two branches of sheared arcade loops are quite stable against the kink and torus instabilities, but unstable against the double arc instability before the flare occurrence. Finally, we discuss a probable onset process of the M6.5 flare.
In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of three parallel tunnels. Seven types of test models which had respectively different pillar widths, tunnel sectional shapes, support conditions and ground conditions were experimented, where crack initiating pressures and deformation behaviors around tunnels were investigated. In order to evaluate the effect of pillar widths on stability, various models were experimented. As results, the models with shallower pillar widths proved to be unstable because of lower crack initiating pressures and more tunnel convergences than the models with thicker pillar widths. In order to find the effect of tunnel sectional shape on stability, the models with arched, semi-arched and rectangular tunnels were experimented. Among them rectangular tunnel model was the most unstable, where the arched tunnel model with small radius of roof curvature was more stable than semi-arched one. The model with rockbolt showed higher crack initiating pressure and less roof lowering than the unsupported model. The deformation behaviors of tunnels in the anisotropic ground model were quite different from those in the isotropic ground model. Futhermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the experimental results.
Moradi, Seyyed Shahab Tabatabaee;Nikolaev, Nikolay I.;Chudinova, Inna V.;Martel, Aleksander S.
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.3
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pp.331-339
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2018
Worldwide growth in hydrocarbon and energy demand is driving the oil and gas companies to drill more wells in complex situations such as areas with high-pressure, high-temperature conditions. As a result, in recent years the number of wells in these conditions have been increased significantly. Wellbore instability is one of the main issues during the drilling operation especially for directional and horizontal wells. Many researchers have studied the wellbore stability in complex situations and developed mathematical models to mitigate the instability problems before drilling operation. In this work, a fully coupled thermoporoelastic model is developed to study the well stability in high-pressure, high-temperature conditions. The results show that the performance of the model is highly dependent on the truly evaluated rock mechanical properties. It is noted that the rock mechanical properties should be evaluated at elevated pressures and temperatures. However, in many works, this is skipped and the mechanical properties, which are evaluated at room conditions, are entered into the model. Therefore, an accurate stability analysis of high-pressure, high-temperature wells is achieved by measuring the rock mechanical properties at elevated pressures and temperatures, as the difference between the model outputs is significant.
Akter, Md. Parvez;Mekhilef, Saad;Tan, Nadia Mei Lin;Akagi, Hirofumi
Journal of Power Electronics
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v.15
no.1
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pp.202-215
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2015
This paper investigates the stability and performance of model predictive controlled active-front-end (AFE) rectifiers for energy storage systems, which has been increasingly applied in power distribution sectors and in renewable energy sources to ensure an uninterruptable power supply. The model predictive control (MPC) algorithm utilizes the discrete behavior of power converters to determine appropriate switching states by defining a cost function. The stability of the MPC algorithm is analyzed with the discrete z-domain response and the nonlinear simulation model. The results confirms that the control method of the active-front-end (AFE) rectifier is stable, and that is operates with an infinite gain margin and a very fast dynamic response. Moreover, the performance of the MPC controlled AFE rectifier is verified with a 3.0 kW experimental system. This shows that the MPC controlled AFE rectifier operates with a unity power factor, an acceptable THD (4.0 %) level for the input current and a very low DC voltage ripple. Finally, an efficiency comparison is performed between the MPC and the VOC-based PWM controllers for AFE rectifiers. This comparison demonstrates the effectiveness of the MPC controller.
The analysis and design of skeletal structures is greatly influenced by the behaviour of beam-to-column connections, where patented designs have led to a wide range of types with differing structural quantities. The behaviour of beam-to-column connections plays an important role in the analysis and design of framed structures. This paper presents an overview of the influence of connection behaviour on structural stability, in the in-plane (bending) mode of sway. A computer-based method is presented for geometrically nonlinear plane frames with semi-rigid connections accounting for shear deformations. The analytical procedure employs transcendental modified stability functions to model the effect of axial force on the stiffness of members. The member stiffness matrix were found. The critical load has been searched as a suitable load parameter for the loss of stability of the system. Several examples are presented to demonstrate the validity of the analysis procedure. The method is readily implemented on a computer using matrix structural analysis techniques and is applicable for the efficient nonlinear analysis of frameworks. Combined with a parametric column effective length study, connection and frame stiffness are used to propose a method for the analysis of semi-rigid frames where column effective lengths are greatly reduced and second order (deflection induced) bending moments in the column may be distributed via the connectors to the beams, leading to significant economies.
This paper discusses the measurement of frequency response functions for various dc-dc converters. The frequency domain identification procedure is applied to the measured frequency responses. The identified transfer functions are primarily used in developing behavioral models for dc-dc converters. Distributed power systems are based upon such converters in cascade, parallel and several other configurations. The system level analysis of a complete system becomes complex when the identified transfer functions are of high order. Therefore, a certain technique needs to be applied for order reduction of the identified transfer functions. During the process of order reduction, it has to be ensured that the system retains the dynamics of the full order system. The technique used here is based on the Hankel singular values of a system. A systematic procedure is given to retain the maximum energy states for the reduced order model. A dynamic analysis is performed for behavioral models based on full and reduced order frequency responses. The close agreement of results validates the effectiveness of the model order reduction. Stability is the key design objective for any system designer. Therefore, the measured frequency responses at the interface of the source and load are also used to predict stability of the system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.8
s.179
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pp.1899-1909
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2000
This paper proposes a new $H_{\infty}$ yaw moment control scheme using brake torque switching for improving vehicle performance and stability especially in high speed driving. In the scheme, one wheel is selected, depending on the vehicle states, at which a brake torque for control is applied. Steering angles are modeled as a disturbance to the system and the $H_{\infty}$ controller is designed to minimize the difference between the performance of the vehicle and that of the desired model. Its performance robustness as well as stability robustness to system parameter variations is assured through ${\mu}$-analysis. Various simulations with a nonlinear 8-DOF vehicle model show that proposed controller enhances the vehicle performance and stability under disturbances and parameter variations as well as under the normal driving condition.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.181-189
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2002
This research presents an analytical model to investigate the stability due to the ball bearing waviness in a rotating system supported by two ball bearings. The stiffness of a ball bearing changes periodically due to the waviness in the rolling elements as the rotor rotates, and it can be calculated by differentiating the nonlinear contact forces. The linearized equations of motion can be represented as a parametrically excited system in the form of Mathieu's equation, because the stiffness coefficients have time-varying components due to the waviness. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as the simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving the Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by comparing the stability chart with the time responses of the vibration model suggested by prior researches. This research shows that the waviness in the rolling elements of a ball bearing generates the time-varying component of the stiffness coefficient, whose frequency is called the frequency of the parametric excitation. It also shows that the instability takes place from the positions in which the ratio of the natural frequency to the frequency of the parametric excitation corresponds to i/2 (i= 1,2,3..).
Pham, Van Lai;Zhao, Jun;Goo, Nam Seo;Lim, Jae Hyuk;Hwang, Do-Soon;Park, Jung Sun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.356-368
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2013
The Korea Aerospace Research Institute plans to launch a lunar module by 2025, and so is carrying out a preliminary study. Landing stability on the lunar surface is a key design factor of a lunar module. In this paper, a 1/6 scale model of a lunar module is investigated, for its landing stability on non-level surfaces. The lunar module has four tripod legs, with aluminum honeycomb shock absorbers in each leg strut. ADAMS$^{TM}$, the most widely used multi-body dynamics and motion analysis software, is used to simulate the module's lunar landing. Three types of dampers in the struts (rigid, viscous, and aluminum honeycomb dampers), and two types of lunar surfaces (rigid and elastic) are considered. The Sforce function is adopted, to model the aluminum honeycomb dampers. Details on the modeling and analysis of the landing stability of the 1/6 scale lunar module and the simulation results are provided in this paper.
In this study, rainfall-induced slope stability and coupling effect are investigated using hydro-mechanical finite element model. This model is developed by formulating constitutive and coupled balance equations and is verified by comparing the numerical results with field matric suction. The homogeneous soil layer (soil column) and soil slope are modeled by this model, and the results of variation in matric suction, mean effective stress, porosity, displacement, factor of safety are compared with those of staggered analysis. It is found that the vertical and horizontal displacement from coupling analysis considering change in porosity is larger than that of staggered analysis. The displacement and matric suction from coupling analysis by rainfall infiltration can affect slope instability, which shows a progressive failure behavior. The lowest factor of safety is observed under short-term rainfall. This results confirm the fact that coupling analysis is needed to design soil slope under severe rain condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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