Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.3
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pp.8-16
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2006
This paper discusses design sensitivity analysis and its application to a structural dynamics modification. Eigenvalue derivatives are determined with respect to the element parameters, which include intrinsic property parameters such as Young's modulus, density of the material, diameter of a beam element, thickness of a plate element, and shape parameters. Derivatives of stiffness and mass matrices are directly calculated by derivatives of element matrices. The first and the second order derivatives of the eigenvalues are then mathematically derived from a dynamic equation of motion of FEM model. The calculation of the second order eigenvalue derivative requires the sensitivity of its corresponding eigenvector, which are developed by Nelson's direct approach. The modified eigenvalue of the structure is then evaluated by the Taylor series expansion with the first and the second derivatives of eigenvalue. Numerical examples for simple beam and plate are presented. First, eigenvalues of the structural system are numerically calculated. Second, the sensitivities of eigenvalues are then evaluated with respect to the element intrinsic parameters. The most effective parameter is determined by comparing sensitivities. Finally, we predict the modified eigenvalue by Taylor series expansion with the derivatives of eigenvalue for single parameter or multi parameters. The examples illustrate the effectiveness of the eigenvalue sensitivity analysis for the optimization of the structures.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.3
no.2
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pp.5-16
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1999
We introduce a new projector for accelerating convergence of a symmetric eigenvalue problem Ax = x, and devise a power/Lanczos hybrid algorithm. Acceleration can be achieved by removing the hard-to-annihilate nonsolution eigencomponents corresponding to the widespread eigenvalues with modulus close to 1, by estimating them accurately using the Lanczos method. However, the additional Lanczos results can be obtained without expensive matrix-vector multiplications but a very small amount of extra work, by utilizing simple power-Lanczos interconversion algorithms suggested. Numerical experiments are given at the end.
It is known that each eigenvalue of a real symmetric, irreducible, tridiagonal matrix has multiplicity 1. The graph of such a matrix is a path. In this paper, we extend the result by classifying those trees for which each of the associated acyclic matrices has distinct eigenvalues whenever the diagonal entries are distinct.
Based on the Schauder fixed point theorem, we give a Leray-Schauder type fixed point theorem for countably condensing mappings in a more general setting and apply it to obtain eigenvalue results on condensing mappings in a simple proof. Moreover, we present a generalization of Sadovskii's fixed point theorem for count ably condensing self-mappings due to S. J. Daher.
The eigenvalue problems arise in the analysis of stability of traveling waves or rest state solutions are currently dealt with, using the Evans function method. In the literature, it had been shown that, use of this method is not straightforward even in very simple examples. Here an extended "variational" method to solve the eigenvalue problem for the higher order dierential equations is suggested. The extended method is matched to the well known variational iteration method. The criteria for validity of the eigenfunctions and eigenvalues obtained is presented. Attention is focused to find eigenvalue and eigenfunction solutions of the Kuramoto-Slivashinsky and (K[p,q]) equation.
A coupled method, that combines the Ritz method and the finite element (FE) method, is proposed to solve the vibration problem of rectangular thin and thick plates with general boundary conditions. The eigenvalue partial differential equation(s) of the plate is (are) first reduced to a set of eigenvalue ordinary differential equations by the application of the Ritz method. The resulting eigenvalue differential equations are then reduced to an eigenvalue algebraic equation system using the finite element method. The natural boundary conditions of the plate problem including the free edge and free corner boundary conditions are also implemented in a simple and accurate manner. Various boundary conditions including simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. Comparisons with existing numerical and analytical solutions show that the proposed mixed method can produce highly accurate results for the problems considered using a small number of Ritz terms and finite elements. The proposed mixed Ritz-FE formulation is also compared with the mixed FE-Ritz formulation which has been recently proposed by the present author and his co-author. It is found that the proposed mixed Ritz-FE formulation is more efficient than the mixed FE-Ritz formulation for free vibration analysis of rectangular plates with Levy-type boundary conditions.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.7
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pp.1479-1486
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2011
In this paper, a simple and robust algorithm is proposed for detecting straight line segments in a steel plate image. Line detection from a steel plate image is a fundamental task for analyzing and understanding of the image. The proposed algorithm is based on small eigenvalue analysis. The proposed approach scans an input edge image from the top left comer to the bottom right comer with a moving mask. A covariance matrix of a set of edge pixels over a connected region within the mask is determined and then the statistical and geometrical properties of the small eigenvalue of the matrix are explored for the purpose of straight line detection. Before calculating the eigenvalue, each line segment is separated from the edge image where several line segments are overlapped to increase the accuracy of the line detection. Additionally, unnecessary line segments are eliminated by the number of pixels and the directional information of the detected line edges. The respects of the experiments emphasize that the proposed algorithm outperforms the existing algorithm which uses small eigenvalue analysis.
Journal of Electrical Engineering and information Science
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v.2
no.3
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pp.29-40
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1997
Two asymptotic analyses of the queue length distribution at a statistical multiplexor supporting heterogeneous exponential on-off sources are considered. The first analysis is performed by approximating the cell generation rates as a multi-dimensional Ornstein-Uhlenbeck process and then applying the Benes queueing formula. In the second analysis, w state with a system of linear equations derived from the exact expressions of the dominant eigenvalue of the matrix governing the queue length distribution. Assuming that there are a large number of sources, we obtain asymptotic approximations to the dominant eigenvalue. Based on the analyses, we define a traffic descriptor to include the mean and the variance of the cell generation rate and a burstiness measure. A simple expression for the quality of service (QoS) in cell loss rate is derived in terms of the traffic descriptor parameters and the multiplexor parameters (output link capacity and buffer size). The result is then used to quantify the factors determining the required capacity of a call taking the statistical multiplexing gain into consideration. As an application of the analyses, we can use the required capacity calculation for simple yet effective connection admission control(CAC) algorithms.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.5
no.2
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pp.63-69
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2001
In this study, we shall be concerned with computing in parallel a few of the smallest eigenvalues and their corresponding eigenvectors of the eigenvalue problem, $Ax={\lambda}Bx$, where A is symmetric, and B is symmetric positive definite. Both A and B are large and sparse. Recently iterative algorithms based on the optimization of the Rayleigh quotient have been developed, and CG scheme for the optimization of the Rayleigh quotient has been proven a very attractive and promising technique for large sparse eigenproblems for small extreme eigenvalues. As in the case of a system of linear equations, successful application of the CG scheme to eigenproblems depends also upon the preconditioning techniques. A proper choice of the preconditioner significantly improves the convergence of the CG scheme. The idea underlying the present work is a parallel computation of the Multi-Color Block SSOR preconditioning for the CG optimization of the Rayleigh quotient together with deflation techniques. Multi-Coloring is a simple technique to obatin the parallelism of order n, where n is the dimension of the matrix. Block SSOR is a symmetric preconditioner which is expected to minimize the interprocessor communication due to the blocking. We implemented the results on the CRAY-T3E with 128 nodes. The MPI(Message Passing Interface) library was adopted for the interprocessor communications. The test problems were drawn from the discretizations of partial differential equations by finite difference methods.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.11
no.4
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pp.340-346
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2001
This paper proposes a new design method for the GBAM: (general bidirectional associative memory) model. Based on theoretical investigations on the GBAM: model, it is shown that the design of the GBAM:-based bidirectional associative memeories can be formulated as optimization problems called GEVPs (generalized eigenvalue problems). Since the GEVPs arising in the procedure can be efficiently solved within a given tolerance by the recently developed interior point methods, the design procedure established in this paper is very useful in practice. The applicability of the proposed design procedure is demonstrated by simple design examples considered in related studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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