An efficient Gauss-Seidel time integration scheme is developed for solving the Euler and Navier-Stokes equations on unstructured meshes. Roe's FDS is used for the explicit residual computations and van Leer's FVS for evaluating implicit flux Jacobian. To reduce the memory requirement to a minimum level, off-diagonal flux Jacobian contributions are repeatedly calculated during the Gauss-Seidel sub-iteration process. Computational results based on the present scheme show that approximately $15\%$ of CPU time reduction is achieved while maintaining the memory requirement level to $50-60\%$ of the original Gauss-Seidel scheme.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제1권1호
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pp.54-61
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1999
FCM(Fuzzy Cognitive Map) is proposed for representing causal reasoning. Its structure allows systematic causal reasoning through a forward inference. By using the FCM, authors have proposed FCM-based fault diagnostic algorithm. However, it can offer multiple interpretations for a single fault. In process engineering, as experience accumulated, some form of quantitative process knowledge is available. If this information can be integrated into the FCM-based fault diagnosis, the diagnostic resolution can be further improved. The purpose of this paper is to propose an enhanced FCM-based fault diagnostic scheme. Firstly, the membership function of fuzzy set theory is used to integrate quantitative knowledge into the FCM-based diagnostic scheme. Secondly, modified TAM recall procedure is proposed. Considering that the integration of quantitative knowledge into FCM-based diagnosis requires a great deal of engineering efforts, thirdly, an automated procedure for fusing the quantitative knowledge into FCM-based diagnosis is proposed by utilizing self-learning feature of neural network. Finally, the proposed diagnostic scheme has been tested by simulation on the two-tank system.
From the Boltzmann equation with BGK approximation, a gas-kinetic BGK scheme is developed and methods for its efficient calculation, using the convergence acceleration techniques, are presented in a framework of an implicit time integration. The characteristics of the original gas-kinetic BGK scheme are improved in order for the accurate calculation of viscous and heat convection problems by considering Osher's linear subpath solutions and Prandtl number correction. Present scheme applied to various numerical tests reveals a high level of accuracy and robustness and shows advantages over flux vector splittings and Riemann solver approaches from Euler equations.
An implicit viscous turbulent flow solver is developed for two-dimensional geometries on unstructured triangular meshes. The flux terms are discretized based on a cell-centered finite-volume formulation with the Roe's flux-difference splitting. The solution is advanced in time using an implicit backward-Euler time-stepping scheme. At each time step, the linear system of equations is approximately solved with the Gauss-Seidel relaxation scheme. The effect of turbulence effects is approximated with a standard $k-{\varepsilon}$ two-equation model which is solved separately from the mean flow equations using the same backward-Euler time integration scheme. The triangular meshes are generated using an advancing-front/layer technique. Validations are made for flows over the NACA0012 airfoil and the Douglas 3-element airfoil. Good agreements are obtained between the numerical results and the experiment.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제9권1호
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pp.85-99
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2008
The dynamic response analysis for large structures using finite element method requires a large amount of computational resources. This paper presents an efficient vibration analysis procedure by combining node-based substructuring reduction method with a response analysis scheme for structures with undamped, proportional or nonproportional damping. The iterative form of substructuring reduction scheme is derived to reduce the full eigenproblem and to calculate the dynamic responses. In calculating the time response, direct integration scheme is used because it can be applied directly to the reduced model. Especially for the non proportional damping matrix, the transformation matrices defined in the displacement space are used to reduce the system. The efficiency and the effectiveness of the present method are demonstrated through the numerical examples.
Cascaded H-bridge multilevel inverters are currently used because it enables the integration of various sources, such as batteries, ultracapacitors, photovoltaic array and fuel cells in a single system. Conventional modulation schemes for multilevel inverters have concentrated mainly on the generation of a low harmonic output voltage, which results in less effective utilization of connected sources. Less effective utilization leads to a difference in the charging/discharging of sources, causing unsteady voltages over a long period of operation and a reduction in the lifetime of the sources. Hence, a charge balance control scheme has to be incorporated along with the modulation scheme to overcome these issues. In this paper, a new approach for charge balancing in symmetric cascaded H-bridge multilevel inverter that enables almost 100% charge balancing of sources is presented. The proposed method achieves charge balancing without any additional stages or complex circuit or considerable computational requirement. The validity of the proposed method is verified through simulation and experiments.
Although many methodologies exist for determining the constrained equations of motion, most of these methods depend on numerical approaches such as the Lagrange multiplier's method expressed in differential/algebraic systems. In 1992, Udwadia and Kalaba proposed explicit equations of motion for constrained systems based on Gauss's principle and elementary linear algebra without any multipliers or complicated intermediate processes. The generalized inverse method was the first work to present explicit equations of motion for constrained systems. However, numerical integration results of the equation of motion gradually veer away from the constraint equations with time. Thus, an objective of this study is to provide a numerical integration scheme, which modifies the generalized inverse method to reduce the errors. The modified equations of motion for constrained systems include the position constraints of index 3 systems and their first derivatives with respect to time in addition to their second derivatives with respect to time. The effectiveness of the proposed method is illustrated by numerical examples.
A unified numerical method for computing the quadrature weights, integration matrix, and differentiation matrix is newly developed in this study. For this purpose, a spline-like interpolation using piecewise continuous polynomials is converted into a global spline interpolation formula, with which the quadrature formulas can be derived from integration and differentiation of the transformed function in an exact manner. To prove the usefulness of the suggested approach, both the Lagrange and tension spline interpolations are represented in exactly the same form as global spline interpolation. The applicability of the proposed method on arbitrary nodes is illustrated using two different sets of nodes. A series of validations using three test functions is conducted to show the flexibility in selecting computational nodes with the present method.
Numerical simulation of blade forming is carried out as stretch forming by an elasto-plastic finite element method. The method adopts a Lagrangian formulation, which incorporates large deformation and rotation, with a penalty method to treat the contact boundary condition. Numerical integration is done with a directional reduced integration scheme to avoid shear locking. The numerical results demonstrates various final shapes of blades which depend on the variation of the stretching force. The strain distributions in deformed blades are also obtained with the variation of the stretching force.
지질학적 선구조선에 관한 특성은 일반적인 지질작용, 광물탐사 또는 자연재해 예측과 관련된 자료의 해석 및 분석단계에서 중요한 역할을 한다. 그러나 지질조사에 의하여 드러난 선 구조와 위성자료로 부터 정량적으로 판독된 선구조정보는 이들 자료 각각의 고유한 유용성을 가 지고 있으면서도 여러가지 이유로 인하여 실질적인 차이를 보이는 경우가 많다. 본 연구에서는 선구조와 연관된 위성영상자료의 효과적인 지질학적 활용으로서의 자료통합문제를 해결하고자 퍼 지집합연산방법을 실제 사례연구를 통하여 고찰하고자 하였다. 실제 응용으로서, 호명지질도 (1:50,000)가 포함하는 지역과 같은 지역의 Landset TM 자료를 이용하였고, 자료 통합과정에서는 지질도상에 있는 선구조선, 위성자료로 부터 도출한 선구조선 및 자유 배수 양상과 같은 자료는 시험적으로 이용하였다. 자료 통합단계에서는 각각의 자료에 있는 영상요소에 대하여 백분위수계 념을 응용한 퍼지소속함수를 정의한 뒤, 퍼지 산술합연산과정을 실시되었다. 비록 현재까지의 결 과로 본 방법의 유용성에 관한 일반적인 결론을 얻기에는 다소 미흡하지만, 본 사례연구지역의 경우에는 통합된 정보에서 다른 분석방법과는 구별되는 비교적 의미있는 새로운 선구조관련 지질 정보가 내포되어 있는 것으로 판단된다. 결론적으로 본 통합방법은 앞으로 본다 많은 기초 및 관 련 연구를 통하여 결정판단 보조자료를 얻기 위한 효과적인 공간사고방법으로 간주 될 수 있을 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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