Arjun Siddharth Mangalasseri;Vinyas Mahesh;Sriram Mukunda;Vishwas Mahesh;Sathiskumar A Ponnusami;Dineshkumar Harursampath;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.14
no.1
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pp.27-43
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2023
This article investigates the energy harvesting characteristics of a magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam reinforced with carbon nanotubes (CNT) under transverse vibration. To this end, the well-known lumped parameter model is used to represent the coupled multiphysics problem mathematically. The proposed system consists of the MEE-CNT layer on top and an inactive substrate layer at the bottom. The substrate is considered to be made of either an isotropic or composite material. Basic laws such as Gauss's Law, Newton's Law and Faraday's Law are used to arrive at the governing equations. Surface electrodes across the beam are used to harvest the electric potential produced, together with a wound coil, for the generated magnetic potential. The influence of various distributions of the CNT and its volume fraction, substrate material, length-to-thickness ratio, and thickness ratio of substrate to MEE layer on the energy harvesting behaviour is thoroughly discussed. Further, the effect of external resistances and changes in substrate material on the response is analysed and reported. The article aims to explore smart material-based energy harvesting systems, focusing on their behaviour when reinforced with carbon nanotubes. The results of this study may lead to an improved understanding of the design and analysis of CNT-based smart structures.
We introduce a depth scaling strategy to improve the accuracy of frequency-domain elastic full waveform inversion (FWI) using the new pseudo-Hessian matrix for seismic data without low-frequency components. The depth scaling strategy is based on the fact that the damping factor in the Levenberg-Marquardt method controls the energy concentration in the gradient. In other words, a large damping factor makes the Levenberg-Marquardt method similar to the steepest-descent method, by which shallow structures are mainly recovered. With a small damping factor, the Levenberg-Marquardt method becomes similar to the Gauss-Newton methods by which we can resolve deep structures as well as shallow structures. In our depth scaling strategy, a large damping factor is used in the early stage and then decreases automatically with the trend of error as the iteration goes on. With the depth scaling strategy, we can gradually move the parameter-searching region from shallow to deep parts. This flexible damping factor plays a role in retarding the model parameter update for shallow parts and mainly inverting deeper parts in the later stage of inversion. By doing so, we can improve deep parts in inversion results. The depth scaling strategy is applied to synthetic data without lowfrequency components for a modified version of the SEG/EAGE overthrust model. Numerical examples show that the flexible damping factor yields better results than the constant damping factor when reliable low-frequency components are missing.
This paper presents an efficient collision detection algorithm the performance of which is independent of animation speed. Most of the previous collision detection algorithms are incremental and discrete methods, which find out the neighborhood of the extreme vertex at the previous time instance in order to get an extreme vertex at each time instance. However, if an object collides with another one with a high torque, then the angular speed becomes faster. Hence, the candidate by the incremental algorithms may be farther from the real extreme vertex at this time instance. Therefore, the worst time complexity nay be $O(n^2)$, where n is the number of faces. Moreover, the total time complexity of incremental algorithms is dependent on the time step size of animation because a smaller time step yields more frequent evaluation of Euclidean distance. In this paper, we propose a new method to overcome these drawbacks. We construct a spherical extreme vertex diagram on Gauss Sphere, which has geometric properties, and then generate the distance function of a polyhedron and a plane by using this diagram. In order to efficiently compute the exact collision time, we apply the interval Newton method to the distance function.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.8
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pp.99-106
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2017
Electrical impedance tomography is a nondestructive imaging modality in which the internal resistivity distribution is reconstructed based on the injected currents and measured voltages inside a domain of interest. In this paper, an adaptive threshold value based region of interest (ROI) method is proposed to improve the spatial resolution of reconstructed images as well as to reduce the computational time of the inverse problem. Adaptive threshold value is calculated by INTERMODES method and ROI is determined from the domain based on this value. Moreover, the computational domain of image reconstruction is restricted within a ROI and iterative Gauss-Newton method is employed to estimate the resistivity distribution. To evaluate the performance of the proposed method, numerical experiments have been performed and the results are analyzed.
Uchida Toshihiro;Song Yoonho;Mitsuhata Yuji;Lee Seong Kon
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.390-397
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2003
A three-dimensional (3D) inversion technique has been developed for interpretation of magnetotelluric (MT) data. The inversion method is based on the linearized least-squares (Gauss-Newton) method with smoothness regularization. In addition to the underground 3D resistivity distribution, static shifts are also treated as unknown parameters in the inversion. The forward modeling is by the staggered-grid finite difference method. A Bayesian criterion ABle is applied to search the optimum trade-off among the minimization of the data misfit, model roughness and static shifts. The method has been applied to several MT datasets obtained at geothermal fields in Japan and other Asian countries. In this paper, two examples will be discussed: one is the data at the Ogiri geothermal area, southwestern Japan, and the other is at the Pohang low-enthalpy geothermal field, southeastern Korea. The inversion of the Ogiri data has been performed stably, resulting in a good fitting between the observed and computed apparent resistivities and phases. The recovered 3D resistivity structure is generally similar to the two-dimensional (2D) inversion models, although the deeper portion of the 3D model seems to be more realistic than that of the 2D model. The 3D model is also in a good agreement with the geological model of the geothermal reservoirs. 3D interpretation of the Pohang MT data is still preliminary. Although the fitting to the observed data is very good, the preliminary 3D model is not reliable enough because the station coverage is not sufficient for a 3D inversion.
In modem petroleum reservoir engineering, the characterization of reservoir heterogeneities is very important to accurately understand and predict reservoir production performance. Formation evaluation for the description of reservoir is generally conducted by performing the analysis of well logging, core testing, and well testing. However, the measured data points by well logging or core testing are in general very sparse and hence reservoir properties should be interpolated and extrapolated from measured points to uncharacterized areas. In assigning the data for the unknown points, simple averaging technique is not feasible as optimum estimation method since this method does not account the spatial relationship between the data points. The main goal of this work is to develop PC-version of multi-purpose geostatistical model in which several stages are systematically proceeded. In the development of model, the simulator employs a automatic selection of semivariogram function such as exponential or spherical model with the best values of $R^2$. The simulator also implements a special algorithm for the fitting of semivariogram function to experimental sernivariogram. The special algorithm such as trial and error scheme is devised since this method is much more reliable and stable than Gauss-Newton method. The simulator has been tested under stringent conditions and found to be stable. Finally, the validity and the applicability of the developed model have been studied against some existing actual field data.
This research conducted to investigate the variation of the moisture content, crack ratio, and hardness of the whole and cracked brown rice after conditioning at the initial moisture content of 13, 14, and 15% with time lapse. The conditioning was conducted by increasing the moisture content of the sample to 0.4 and 0.8%. For basic information and conditioning characteristics for the development of a conditioning machine for the brown rice, predicted models of above three properties were developed using a nonlinear regression analysis of SAS with Gauss-Newton, Gradient, and DUD methods. Results of this research could be summarized as follows. 1. No moisture variation occurred after 0.5 hour conditioning. 2. The increasement of the crack ratio was 7.6 and 17.5% with the sample increased the moisture content of 0.4 and 0.8%, respectively, after 8 hours conditioning. 3. The hardness of the conditioned whole grain of the brown rice decreased 0.82 and 1,000kg$\_$f/ with the sample increased moisture content 0.4 and 0.8%, respectively, after 8 hours conditioning with respect to the non-conditioned sample. 4. The hardness of the conditioned cracked grain of the brown rice decreased 0.54 and 0.81kg$\_$f/ with the sample increased moisture content 0.4 and 0.8%, respectively, after 8 hours conditioning with respect to the non-conditioned sample. The hardness of the broken grain was about 0.81∼1.88kg$\_$f/ lower than whole grain. 5. The moisture content variation, increasing rate of the crack ratio, and hardness of the cracked and whole grain was predicted as a negative exponential function. 6. Each predicted model with the nonlinear regression analysis, which was very accurate and had a very small amount of sum of square of error between experimental value and predicted value, which could be used for predicting the physical variation after conditioning.
An efficient algorithm for inverting static-shifted magnetotelluric (MT) data has been proposed to produce a three-dimensional (3D) resistivity model. In the Gauss-Newton approach, computational costs associated with construction of a full sensitivity matrix usually make 3D MT inversion impractical. This computational difficulty may be overcome by using approximate sensitivities. We use four kinds of sensitivities in particular orders in the inversion process. These sensitivities are computed 1) analytically for an initial, homogeneous earth, 2) exactly for a current model, 3) approximately by the Broyden method, and 4) approximately using the previous adjoint fields. Inversion experiments with static-shifted synthetic and field MT data indicate that inversion results are highly dependent on characteristics of data and thus applying various combinations of sensitivities is helpful in obtaining a good image of the subsurface structure with reasonable computation time.
We present the first results of the invariant point (IVP) coordinates of the KVN Ulsan and Tamna radio telescopes. To determine the IVP coordinates in the geocentric frame (ITRF2014), a coordinate transformation method from the local frame, in which it is possible to survey using the optical instrument, to the geocentric frame was adopted. The least-square circles are fitted in three dimensions using the Gauss-Newton method to determine the azimuth and elevation axes in the local frame. The IVP in the local frame is defined as the mean value of the intersection points of the azimuth axis and the orthogonal vector between the azimuth and elevation axes. The geocentric coordinates of the IVP are determined by obtaining the seven transformation parameters between the local frame and the east-north-up (ENU) geodetic frame. The axis-offset between the azimuth and elevation axes is also estimated. To validate the results, the variation of coordinates of the GNSS station installed at KVN Ulsan was compared to the movement of the IVP coordinates over 9 months, showing good agreement in both magnitude and direction. This result will provide an important basis for geodetic and astrometric applications.
In this research, an effective computational technique is carried out for nonlinear and post-buckling analyses of cracked imperfect composite plates. The laminated plates are assumed to be moderately thick so that the analysis can be carried out based on the first-order shear deformation theory. Geometric non-linearity is introduced in the way of von-Karman assumptions for the strain-displacement equations. The Ritz technique is applied using Legendre polynomials for the primary variable approximations. The crack is modeled by partitioning the entire domain of the plates into several sub-plates and therefore the plate decomposition technique is implemented in this research. The penalty technique is used for imposing the interface continuity between the sub-plates. Different out-of-plane essential boundary conditions such as clamp, simply support or free conditions will be assumed in this research by defining the relevant displacement functions. For in-plane boundary conditions, lateral expansions of the unloaded edges are completely free while the loaded edges are assumed to move straight but restricted to move laterally. With the formulation presented here, the plates can be subjected to biaxial compressive loads, therefore a sensitivity analysis is performed with respect to the applied load direction, along the parallel or perpendicular to the crack axis. The integrals of potential energy are numerically computed using Gauss-Lobatto quadrature formulas to get adequate accuracy. Then, the obtained non-linear system of equations is solved by the Newton-Raphson method. Finally, the results are presented to show the influence of crack length, various locations of crack, load direction, boundary conditions and different values of initial imperfection on nonlinear and post-buckling behavior of laminates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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