Most of studies on control of beams containing piezoelectric sensors and actuators have been based on linear quadratic regulator (LQR) with state feedback or output feedback law. The aim of this study is to develop velocity-acceleration feedback law in the optimal control of smart piezoelectric beams. A new controller which is an optimal control system with velocity-acceleration feedback is presented. In finite element modeling of the beam, the variation of mechanical displacement through the thickness is modeled by a sinus model that ensures inter-laminar continuity of shear stress at the layer interfaces as well as the boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam. In addition to mechanical degrees of freedom, one electric potential degree of freedom is considered for each piezoelectric element layer. The efficiency of this control strategy is evaluated by applying to an aluminum cantilever beam under different loading conditions. Numerical simulations show that this new control scheme is almost as efficient as an optimal control system with state feedback. However, inclusion of the acceleration in the control algorithm increases practical value of a system due to easier and more accurate measurement of accelerations.
Paz, Carmen N.M.;Alves, Jose L.D.;Ebecken, Nelson F.F.
Computers and Concrete
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v.2
no.5
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pp.345-366
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2005
This work presents an assessment of the computational performance of a vector-parallel implementation of probabilistic model for concrete cracking in 3D. This paper shows the continuing efforts towards code optimization as reported in earlier works Paz, et al. (2002a,b and 2003). The probabilistic crack approach is based on the direct Monte Carlo method. Cracking is accounted by means of 3D interface elements. This approach considers that all nonlinearities are restricted to interface elements modeling cracks. The heterogeneity governs the overall cracking behavior and related size effects on concrete fracture. Computational kernels in the implementation are the inexact Newton iterative driver to solve the non-linear problem and a preconditioned conjugate gradient (PCG) driver to solve linearized equations, using an element by element (EBE) strategy to compute matrix-vector products. In particular the paper analyzes code behavior using OpenMP directives in parallel vector processors (PVP), such as the CRAY SV1 and CRAY T94. The impact of the memory architecture on code performance, and also some strategies devised to circumvent this issue are addressed by numerical experiment.
Jo, Byeong-Chan;Lee, Sang-Gi;Park, Hun-Cheol;Yun, Gwang-Jun;Gu, Nam-Seo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.2
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pp.67-74
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2002
The paper deals with a fully assumed strain soild element that can be used for modeling of thin sensors and actuators. To solve fully coupled field problems, the eledtric potential is regarded as a nodal degree of freedom in addition to three translations in an eighteen node assumed strain soild element. Therefore, the induced electric potential can be calculated for a prescribed load and the actuation displacement can be computed for an input voltage. Since the assumed strain solid element can alleviate locking. A finite element code is developed based on the formulation and typical numerical examples are solved for code validation. Using the code, we have conducted parametric study for THUNDER actuator. It is found that a particular combination of materials for layer curvature of THUNDER improves the actuation displacement.
Lee, Sang Gi;Park, Hun Cheol;Yun, Gwang Jun;Jo, Chang Min
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.25-34
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2003
In the present paper, formulation of a nine-node assumed strain shell element is modified and extended for analysis of actuator embedded/attached structures. The shell element can alleviate locking and has sic DOFs per node by discarding assumption of no thickness change. In modeling of the physicalquantities, we have assumed linear strain field through the whole thickness direction. The electric and mechanical quantities have been coupled through the constitutive equations. Unlike typical shell element, the present shell element allows thickness change. Thus, three-dimensional piezoelasticity can be accurately simulated. Base on the formulation, a finite element program is generated and the code is validated by solving numerical examples. The results from the present work are well agreed with those from other references.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.1
no.1
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pp.89-103
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1997
The flow forming process which is one of the technologies to manufacture the various missile propulsion combustion chambers, was analyzed using the rigid plasticity finite element modeling. The numerical analysis was performed using 3 rollers which forms the basic tools for the plastic deformation of the tubes. As a result of this study, the distribution of the plastic strain and the stress are obtained and compared. It was found that there exists a significant difference in the plastic deformation as well as the stress distribution due to the preform initial thickness as a result of these numerical experiments. Moreover, under ideal process condition, flow forming process results in a uniform plastic deformation in the radial direction.
Application of the steel ring as a type of seismic fuse has been one of the efforts made by researchers in recent years aiming to enhance the ductility of the bracing systems which in turn, possesses various advantages and disadvantages. Accordingly, to alleviate these disadvantages, an innovative bracing system with a diamond scheme equipped with a steel ring is introduced in this paper. In this system, the braces and yielding circular damper act in parallel whose main functionality is to increase ductility, energy absorption and mitigate drawbacks of the existing bracing systems, in which the braces and yielding circular damper act in parallel. To conduct the experimental tests, specimens with three types of rigid, semi-rigid and pinned connections were built and subjected to cyclic loading so that their performance could be analyzed. Promisingly, the results indicate both great applicability and efficiency of the proposed system in energy absorption and ductility. Moreover, it was concluded that as the braces and damper are in parallel, the use of a steel ring with smaller size and thickness would result in higher energy absorption and load-resisting capacity when compared to the other existing systems. Finally, to assess the potential of numerically modeling the proposed system, its finite element model was simulated by ABAQUS software and observed that there is a great agreement between the numerical and experimental results.
Magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) is a new medical imaging modality providing cross-sectional images of a conductivity distribution inside an electrically conducting object. MREIT has rapidly progressed in its theory, algorithm and experimental technique and now reached the stage of in vivo animal and human experiments. Conductivity image reconstructions in MREIT require various steps of carefully implemented numerical computations. To facilitate MREIT research, there is a pressing need for an MREIT software package with an efficient user interface. In this paper, we present an example of such a software, called CoReHA which stands for conductivity reconstructor using harmonic algorithms. It offers various computational tools including preprocessing of MREIT data, identification of boundary geometry, electrode modeling, meshing and implementation of the finite element method. Conductivity image reconstruction methods based on the harmonic $B_z$ algorithm are used to produce cross-sectional conductivity images. After summarizing basics of MREIT theory and experimental method, we describe technical details of each data processing task for conductivity image reconstructions. We pay attention to pitfalls and cautions in their numerical implementations. The presented software will be useful to researchers in the field of MREIT for simulation as well as experimental studies.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.1
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pp.51-69
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2011
This paper presents the effect of tunneling on bridge pile foundation being operated using three-dimensional numerical modeling. Also the parametric study on the depth of tunnel of which the diameter was 10 m was carried out in order to evaluate the behaviors of pile foundation due to the tunnel excavation. This paper expresses the changes of vertical and horizontal displacement, movement of soil and stress of the pile. Based on the results obtained from the numerical analysis some insights into the changes of pile foundation behaviors due to variations of tunneling location were mentioned and discussed.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) is one of the materials used to strengthen steel structures. Most studies on strengthening steel structures have been done on steel beams and steel columns. No independent study, to the researcher's knowledge, has studied the effect of CFRP strengthening on steel beam-columns, and it seems that there is a lack of understanding on behavior of CFRP strengthening on steel beam-columns. However, this study explored the use of adhesively bonded CFRP flexible sheets on retrofitting square hollow section (SHS) steel beam-columns, using numerical investigations. Finite Element Method (FEM) was employed for modeling. To determine the ultimate load of SHS steel beam-columns, ten specimens, eight of which were strengthened with the different coverage length and with one and two CFRP layers, with two types of section (Type A and B) were analyzed. ANSYS was used to analyze the SHS steel beam-columns. The results showed that the CFRP composite had no similar effect on the slender and stocky SHS steel beam-columns. The results also showed that the coverage length, the number of layers, and the location of CFRP composites were effective in increasing the ultimate load of the SHS steel beam-columns.
In order to more closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and hydrodynamic fields, simultaneously. In this study, the thermal-fluid characteristics of high current vacuum arcs were calculated by a commercial multiphysics package, ANSYS, in order to obtain Joule heat, Lorentz force and the interactions with flow variables. We assumed the diffused-mode arc within an AMF vacuum interrupter. It was found with four different currents that the temperature distributions on the anode surface are diffused uniformly without concentration in 7kA for both types (cup and coil-type). But the arc plasma transition and an increase of thermal flux density for increasing the applied current have caused the change of temperature distributions on the anode surface. We should need further studies on the two-way coupling method and radiation model for arc plasmas in order to accomplish the advanced analysis method for multiphysics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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