In this paper, as a preliminary study for developing a full 3D electron dose calculation algorithm, We developed 2.5D electron dose calculation algorithm by extending 2D pencil-beam model to consider three dimensional geometry such as air-gap and obliquity appropriately. The dose calculation algorithm was implemented using the IDL5.2(Research Systems Inc., USA), For calculation of the Hogstrom's pencil-beam algorithm, the measured data of the central-axis depth-dose for 12 MeV(Siemens M6740) and the linear stopping power and the linear scattering power of water and air from ICRU report 35 was used. To evaluate the accuracy of the implemented program, we compared the calculated dose distribution with the film measurements in the three situations; the normal incident beam, the 45$^{\circ}$ oblique incident beam, and the beam incident on the pit-shaped phantom. As results, about 120 seconds had been required on the PC (Pentium III 450MHz) to calculate dose distribution of a single beam. It needs some optimizing methods to speed up the dose calculation. For the accuracy of dose calculation, in the case of the normal incident beam of the regular and irregular shaped field, at the rapid dose gradient region of penumbra, the errors were within $\pm$3 mm and the dose profiles were agreed within 5%. However, the discrepancy between the calculation and the measurement were about 10% for the oblique incident beam and the beam incident on the pit-shaped phantom. In conclusions, we expended 2D pencil-beam algorithm to take into account the three dimensional geometry of the patient. And also, as well as the dose calculation of irregular field, the irregular shaped body contour and the air-gap could be considered appropriately in the implemented program. In the near future, the more accurate algorithm will be implemented considering inhomogeneity correction using CT, and at that time, the program can be used as a tool for educational and research purpose. This study was supported by a grant (#HMP-98-G-1-016) of the HAN(Highly Advanced National) Project, Ministry of Health & Welfare, R.O.K.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.4
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pp.554-561
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2013
In this paper, we introduce a modeling and a process simulator developed with the aid of pRBFNNs for activated sludge process in the sewage treatment system. Activated sludge process(ASP) of sewage treatment system facilities is a process that handles biological treatment reaction and is a very complex system with non-linear characteristics. In this paper, we carry out modeling by using essential ASP factors such as water effluent quality, the manipulated value of various pumps, and water inflow quality, and so on. Intelligent algorithms used for constructing process simulator are developed by considering multi-output polynomial radial basis function Neural Networks(pRBFNNs) as well as Fuzzy C-Means clustering and Particle Swarm Optimization. Here, the apexes of the antecedent gaussian functions of fuzzy rules are decided by C-means clustering algorithm and the apexes of the consequent part of fuzzy rules are learned by using back-propagation based on gradient decent method. Also, the parameters related to the fuzzy model are optimized by means of particle swarm optimization. The coefficients of the consequent polynomial of fuzzy rules and performance index are considered by the Least Square Estimation and Mean Squared Error. The descriptions of developed process simulator architecture and ensuing operation method are handled.
Hore, Sirshendu;Chatterjee, Sankhadeep;Sarkar, Sarbartha;Dey, Nilanjan;Ashour, Amira S.;Balas-Timar, Dana;Balas, Valentina E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.3
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pp.459-473
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2016
Various vague and unstructured problems encountered the civil engineering/designers that persuaded by their experiences. One of these problems is the structural failure of the reinforced concrete (RC) building determination. Typically, using the traditional Limit state method is time consuming and complex in designing structures that are optimized in terms of one/many parameters. Recent research has revealed the Artificial Neural Networks potentiality in solving various real life problems. Thus, the current work employed the Multilayer Perceptron Feed-Forward Network (MLP-FFN) classifier to tackle the problem of predicting structural failure of multistoried reinforced concrete buildings via detecting the failure possibility of the multistoried RC building structure in the future. In order to evaluate the proposed method performance, a database of 257 multistoried buildings RC structures has been constructed by professional engineers, from which 150 RC structures were used. From the structural design, fifteen features have been extracted, where nine features of them have been selected to perform the classification process. Various performance measures have been calculated to evaluate the proposed model. The experimental results established satisfactory performance of the proposed model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.385-396
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1999
In the process of structural design for large-scale structures with several thousands of degrees of freedom, a plethora of structural calculations with large amount of data storage are required to obtain the forces and displacements of the members. However, current computational environment with single microprocessor such as a personal computer or a workstation is not capable of generating a high-level of efficiency in structural analysis and design process for large-scale structures. In this paper, a high-performance parallel computing system interconnected by a network of personal computers is proposed for an efficient structural analysis. Two distributed structural analysis algorithms are developed in the form of distributed or parallel preconditioned conjugate gradient (DPCG) method. To enhance the performance of the developed distributed structural analysis algorithms, the number of communications and the size of data to be communicated are minimized. These algorithms are applied to the structural analyses of three large space structures as well as a 144-story tube-in-tube framed structure.
Won June-Ho;Kim Jong-Soo;choi Joo-Ho;Yoon Jong-Min
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.55-62
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2005
In this paper, a CAB/CAE integrated optimal design system is developed, in which design and analysis process is automated using CAD/CAE softwares, for a complicated model for which parametric modeling provided by CAD software is not possible. CAD modeling process is automated by using UG/OPEN API function and UG/Knowledge Fusion provided by Unigraphics. The generated model is transferred to the analysis code ANSYS in parasolid format. Visual DOC software is used for optimization. The system is developed for PLS(Plasma Lighting System), which is a next generation illumination system that is used to illuminate stadium or outdoor advertizing panel. The PLS system consists of more then 20 components, which requires a lot of human efforts in modeling and analysis. The analysis for PLS includes static load, wind load and impact load analysis. As a result of analysis, it is found that the most critical component is a tilt assembly, which links lower & upper body assembly. For more reliable analysis, experiment is conducted using MTS and compared with the Finite element analysis result. The objective in the optimization is to minimize the material volume under allowable stresses. The design variables are three parameters in the tilt assembly that are chosen to be the most sensitive in stress values of twelve parameters. Gradient based method and RSM(Response Surface Method) are used for the algorithm and the results are compared. As a result of optimization, the maximum stress is reduced by 57%.
Jung, Dae-Hyun;Kim, Hak-Jin;Park, Soo Hyun;Kim, Joon Yong
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.135-135
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2017
Greenhouse have been developed to provide the plants with good environmental conditions for cultivation crop, two major factors of which are the inside air temperature and humidity. The inside temperature are influenced by the heating systems, ventilators and for systems among others, which in turn are geverned by some type of controller. Likewise, humidity environment is the result of complex mass exchanges between the inside air and the several elements of the greenhouse and the outside boundaries. Most of the existing models are based on the energy balance method and heat balance equation for modelling the heat and mass fluxes and generating dynamic elements. However, greenhouse are classified as complex system, and need to make a sophisticated modeling. Furthermore, there is a difficulty in using classical control methods for complex process system due to the process are non linear and multi-output(MIMO) systems. In order to predict the time evolution of conditions in certain greenhouse as a function, we present here to use of recurrent neural networks(RNN) which has been used to implement the direct dynamics of the inside temperature and inside humidity of greenhouse. For the training, we used algorithm of a backpropagation Through Time (BPTT). Because the environmental parameters are shared by all time steps in the network, the gradient at each output depends not only on the calculations of the current time step, but also the previous time steps. The training data was emulated to 13 input variables during March 1 to 7, and the model was tested with database file of March 8. The RMSE of results of the temperature modeling was $0.976^{\circ}C$, and the RMSE of humidity simulation was 4.11%, which will be given to prove the performance of RNN in prediction of the greenhouse environment.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.37
no.2
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pp.39-49
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2000
In this paper, we propose an optimizing feature extraction method for multiclass problems assuming normal distributions. Initially, We start with an arbitrary feature vector Assuming that the feature vector is used for classification, we compute the classification error Then we move the feature vector slightly in the direction so that classification error decreases most rapidly This can be done by taking gradient We propose two search methods, sequential search and global search In the sequential search, an additional feature vector is selected so that it provides the best accuracy along with the already chosen feature vectors In the global search, we are not constrained to use the chosen feature vectors Experimental results show that the proposed algorithm provides a favorable performance.
A conservative finite-volume numerical method for unstructured grids with the cell-centered method has been developed for computing flow and heat transfer by combining the attractive features of the existing pressure-based procedures with the advances made in unstructured grid techniques. This method uses an integral form of governing equations for arbitrary convex polyhedra. Care is taken in the discretization and solution procedure to avoid formulations that are cell-shape-specific. A collocated variable arrangement formulation is developed, i.e. all dependent variables such as pressure and velocity are stored at cell centers. For both convective and diffusive fluxes the forms superior to both accuracy and stability are particularly adopted and formulated through a systematic study on the existing approximation ones. Gradients required for the evaluation of diffusion fluxes and for second-order-accurate convective operators are computed by using a linear reconstruction based on the divergence theorem. Momentum interpolation is used to prevent the pressure checkerboarding and a segregated solution strategy is adopted to minimize the storage requirements with the pressure-velocity coupling by the SIMPLE algorithm. An algebraic solver using iterative preconditioned conjugate gradient method is used for the solution of linearized equations. The flow analysis code (PowerCFD) developed by the present method is evaluated for its application to several 2-D structured-mesh benchmark problems using a variety of unstructured quadrilateral and triangular meshes. The present flow analysis code by using unstructured grids with the cell-centered method clearly demonstrate the same accuracy and robustness as that for a typical structured mesh.
Attention is one of important cognitive functions in human affecting on the selectional concentration of relevant events and ignorance of irrelevant events. The discrimination of attentional and inattentional status is the first step to manage human's attentional capability using computer assisted device. In this paper, we newly combine the non-linear recurrence pattern analysis and spectrum analysis to effectively extract features(total number of 13) from the electroencephalographic signal used in the input to classifiers. The performance of diverse types of attention-inattention classifiers, including supporting vector machine, back-propagation algorithm, linear discrimination, gradient decent, and logistic regression classifiers were evaluated. Among them, the support vector machine classifier shows the best performance with the classification accuracy of 81 %. The use of spectral band feature set alone(accuracy of 76 %) shows better performance than that of non-linear recurrence pattern feature set alone(accuracy of 67 %). The support vector machine classifier with hybrid combination of non-linear and spectral analysis can be used in later designing attention-related devices.
A new numerical algorithm of finite element methods is presented to solve high Deborah number flow problems with geometric singularities. The steady inertialess planar 4 : 1 contraction flow is chosen for its test. As a viscoelastic constitutive equation, we have applied the globally stable (dissipative and Hadamard stable) Leonov model that can also properly accommodate important nonlinear viscoelastic phenomena. The streamline upwinding method with discrete elastic-viscous stress splitting is incorporated. New interpolation functions classified as rational interpolation, an alternative formalism to enhance numerical convergence at high Deborah number, are implemented not for the whole set of finite elements but for a few elements attached to the entrance comer, where stress singularity seems to exist. The rational interpolation scheme contains one arbitrary parameter b that controls the singular behavior of the rational functions, and its value is specified to yield the best stabilization effect. The new interpolation method raises the limit of Deborah number by 2∼5 times. Therefore on average, we can obtain convergent solution up to the Deborah number of 200 for which the comer vortex size reaches 1.6 times of the half width of the upstream reservoir. Examining spatial violation of the positive definiteness of the elastic strain tensor, we conjecture that the stabilization effect results from the peculiar behavior of rational functions identified as steep gradient on one domain boundary and linear slope on the other. Whereas the rational interpolation of both elastic strain and velocity distorts solutions significantly, it is shown that the variation of solutions incurred by rational interpolation only of the elastic strain is almost negligible. It is also verified that the rational interpolation deteriorates speed of convergence with respect to mesh refinement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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