Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.123-130
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2015
This paper presents a new formulation for transient simulations of microwave propagation in heterogeneous unbounded domains. In particular, perfectly-matched-layers(PMLs) are introduced to allow for wave absorption at artificial boundaries used to truncate the infinite extent of the physical domains. The development of the electromagnetic PML targets the application to engineering mechanics problems such as structural health monitoring and inverse medium problems. To formulate the PML for plane electromagnetic waves, a complex coordinate transformation is introduced to Maxwell's equations in the frequency-domain. Then the PML-endowed partial differential equations(PDEs) for transient electromagnetic waves are recovered by the application of the inverse Fourier transform to the frequency-domain equations. A mixed finite element method is employed to solve the time-domain PDEs for electric and magnetic fields in the PML-truncated domain. Numerical results are presented for plane microwaves propagating through concrete structures, and the accuracy of solutions is investigated by a series of error analyses.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.3
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pp.339-345
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2007
In this paper, a variational formulation for plane elasticity problems is derived based on an isogeometric approach. The isogeometric analysis is an emerging methodology such that the basis functions for response analysis are generated directly from NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) geometry. Furthermore, the solution space for the response analysis can be represented in terms of the same functions to represent the geometry, which enables to provide a precise construction method of finite element model to exactly represent geometry using B-spline base functions in CAD geometric modeling and analyze arbitrarily shaped structures without re-meshing. In this paper, a continuum-based adjoint sensitivity analysis method using the isogeometric approach is extensively derived for the plane elasticity problems. The conventional shape optimization using the finite element method has some difficulties in the parameterization of geometry In the isogeometric analysis, however, the geometric properties are already embedded in the B-spline basis functions and control points so that it has potential capability to overcome the aforementioned difficulties. Through some numerical examples, the developed isogeometric sensitivity analysis method is verified to show excellent agreement with finite difference sensitivity.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.4
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pp.353-360
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2010
In this paper, an efficient algorithm is established in order to estimate the plastic properties of power-law hardening bulk specimen materials with one simple spherical indentation impression test. This work is based on a new formulation of representative strain and, therefore, compare to the preceding approaches the fitting parameters are significantly reduced. Moreover, the new definition of representative strain endowed more physical meaning to the representative strain. In order to verify the reliability of the reverse analysis, we have studied a broad set of materials whose property ranges cover essentially all engineering metals and alloys. Based on the indentation force-displacement P-${\delta}$ curves obtained from numerical simulations, the characteristics of the indentation response and material elastoplastic properties are bridged via explicit functions. Next, through the procedure of reverse analysis the yield stress and power-law hardening exponent of bulk specimen materials can be determined. Finally, good agreement between the result from reverse analysis and initial input data from experiment can be observed.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.2
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pp.9-15
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2004
We present a new unified analytical front surface potential model, which can accurately describe the transitions between the partially-depleted (PD) and the fully-depleted (FD) regimes with an analytical expression for the critical voltage V$_{c}$ delineating the PD and the FD region. It is valid in all regions of operation (from the sub -threshold to the strong inversion) and has the shorter calculation time than the iterative procedure approach. A charge sheet model based on the above explicit surface potential formulation is used to derive a single formula for the drain current valid in all regions of operation. Most of the secondary effects can be easily included in the charge sheet model and the model accurately reproduces various numerical and experimental results. No discontinuity in the derivative of the surface potential is found even though three types of smoothing functions are used. More importantly, the newly introduced parameters used in the smoothing functions do not strongly depend on the process parameter.
In this study a new innovative three unknowns trigonometric shear deformation theory is proposed for the buckling and vibration responses of exponentially graded sandwich plates resting on elastic mediums under various boundary conditions. The key feature of this theoretical formulation is that, in addition to considering shear deformation effect, it has only three unknowns in the displacement field as in the case of the classical plate theory (CPT), contrary to five as in the first shear deformation theory (FSDT) and higher-order shear deformation theory (HSDT). Material characteristics of the sandwich plate faces are considered to vary within the thickness direction via an exponential law distribution as a function of the volume fractions of the constituents. Equations of motion are obtained by employing Hamilton's principle. Numerical results for buckling and free vibration analysis of exponentially graded sandwich plates under various boundary conditions are obtained and discussed. Verification studies confirmed that the present three -unknown shear deformation theory is comparable with higher-order shear deformation theories which contain a greater number of unknowns.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.3
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pp.171-186
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2017
This paper introduces a study on ship performance in waves to consider the effects of added resistance in the early stage of hull-form design. A ship experiences a loss of speed in actual seaways, hence this study proposes the overall procedure of a new design concept that takes into account the hydrodynamic performance of ship in waves. In the procedure, the added resistance is predicted using numerical methods: slender-body theory and Maruo's far-field formulation, since these methods are efficient in initial design stage, and an empirical formula is adopted for short waves. As computational models, KVLCC2 hull and Supramax bulk carrier are considered, and the results of added resistance and weather factor for test models are discussed. The computational results of vertical motion response and added resistance of KVLCC2 hull are compared with the experimental data. In addition, the sensitivity analysis of added resistance and weather factor for KVLCC2 hull to the variations of ship dimensions are conducted, and the change of the added resistance and propulsion factors after hull form variations are discussed.
In this work, two dimensional (2D) and quasi three-dimensional (quasi-3D) HSDTs are proposed for bending and free vibration investigation of functionally graded (FG) plates using hyperbolic shape function. Unlike the existing HSDT, the proposed theories have a novel displacement field which include undetermined integral terms and contains fewer unknowns. The material properties of the plate is inhomogeneous and are considered to vary continuously in the thickness direction by three different distributions; power-law, exponential and Mori-Tanaka model, in terms of the volume fractions of the constituents. The governing equations which consider the effects of both transverse shear and thickness stretching are determined through the Hamilton's principle. The closed form solutions are deduced by employing Navier method and then fundamental frequencies are obtained by solving the results of eigenvalue problems. In-plane stress components have been determined by the constitutive equations of composite plates. The transverse stress components have been determined by integrating the 3D stress equilibrium equations in the thickness direction of the FG plate. The accuracy of the present formulation is demonstrated by comparisons with the different 2D, 3D and quasi-3D solutions available in the literature.
Real-Time Hybrid Simulation (RTHS) is a powerful and cost-effective dynamic experimental technique. To implement a stable and accurate RTHS, time delay present in the experiment loop needs to be compensated. This delay is mostly introduced by servo-hydraulic actuator dynamics and can be reduced by applying appropriate compensators. Existing compensators have demonstrated effective performance in achieving good tracking performance. Most of them have been focused on their application in cases where the structure under investigation is subjected to inputs with relatively low frequency bandwidth such as earthquake excitations. To advance RTHS as an attractive technique for other engineering applications with broader excitation frequency, a discrete-time feedforward compensator is developed herein via various optimization techniques to enhance the performance of RTHS. The proposed compensator is unique as a discrete-time, model-based feedforward compensator. The feedforward control is chosen because it can substantially improve the reference tracking performance and speed when the plant dynamics is well-understood and modeled. The discrete-time formulation enables the use of inherently stable digital filters for compensator development, and avoids the error induced by continuous-time to discrete-time conversion during the compensator implementation in digital computer. This paper discusses the technical challenges in designing a discrete-time compensator, and proposes several optimal solutions to resolve these challenges. The effectiveness of compensators obtained via these optimal solutions is demonstrated through both numerical and experimental studies. Then, the proposed compensators have been successfully applied to RTHS tests. By comparing these results to results obtained using several existing feedforward compensators, the proposed compensator demonstrates superior performance in both time delay and Root-Mean-Square (RMS) error.
Hur, Hyun;Lee, Jin Wook;Jung, Eui Guk;Kim, Byung Soon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.11
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pp.705-715
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2016
In this study, the cycle performance of an air conditioner with multi-indoor units is analyzed and simulated. The cycle performance could be predicted through the integration of mathematical formulation for these devices. The condenser pressure is obtained by an iteration process to match the mass flow rates of the compressor and the expansion valve and the evaporator pressure is determined by an iteration process, in which the suction super heat is tracing the targeted super heat. The required software was developed by system programming. the software algorithm is extended to predict the cycle performance of an air conditioner system with multi-indoor units, and then the numerical results are compared with experimental results. This mathematical model is validated from the result of experiments conducted on 8.3kW air conditioner. The errors in capacity, electronic power, and COP are found to be within 10% in general.
Zhang, Ning;Li, Zhongyin;Ma, Qingsong;Ma, Tianchi;Niu, Xiaodong;Liu, Xixi;Feng, Tao
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1029-1038
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2018
A superposition-iteration (S-I) model is proposed to simulate the jet grouting pre-reinforcing impact for a shallow-buried tunnel. The common model is deduced by theoretical (force equilibrium) analysis and then transformed into the numerical formulation. After applying it to an actual engineering problem, the most obvious deficiency was found to be continuous error accumulation, even when the parameters change slightly. In order to address this problem, a superposition-iteration model is developed based on the basic assumption and superposition theory. First, the additional deflection between two successive excavation steps is determined. This is caused by the disappearance of the supporting force in the excavated zone and the soil pressure in the disturbed zone. Consequently, the final deflection can be obtained by repeatedly superposing the additional deflection to the initial deflection in the previous steps. The analytical solution is then determined with the boundary conditions. The superposition-iteration model is thus established. This model was then applied and found to be suitable for real-life engineering applications. During the calculation, the error induced by the ill-conditioned problem of the matrix is easily addressed. The precision of this model is greater compared to previous models. The sensitivity factors and their impact are determined through this superposition-iteration model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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