A multi-region model for solute transport through saturated soils has been developed to describe preferential flow. The model consists of numerous discrete pore groups, which are characterized by a discrete dispersion coefficient, flow velocity, and porosity . The hydraulic properties for each pore group are derived from a soil's hydraluic conductivity and soil water characteristic functions . Flow in pore group is described by the classical advection-disersion equation (ADE). An implict finite difference scheme was applied to the governing equation that results in a block-tridiagonal system of equations that is very efficient and allows the soil to be divided into any number of pore groups. The numerical technique is derived from methods used to solve coupled equations in fluid dynamics problems and can also be applied to the transport of interacting solutes. The results of the model are compared to the experimental data from published papers. This paper contributes on the characteristics of the method when applied to the parallel porosity model to describe preferential flow of solutes in soil.
A strain smoothing meshfree formulation with stabilized conforming nodal integration is presented for modeling the consolidation process in saturated porous media. In the present method, nodal strain smoothing is consistently introduced into the meshfree approximation of strain and pore pressure gradient variables associated with the saturated porous media. Meanwhile, in order to achieve a consistent numerical implementation, a smoothing approximation of the meshfree shape function within a nodal representative domain is also proposed in the stiffness construction. The resulting discrete system of equations is all expressed in smoothed nodal measures that are very efficient for numerical evaluation. Subsequently the space-time fully discrete equations are further established by the generalized trapezoidal rule for time integration. The effectiveness of the proposed meshfree consolidation analysis method is systematically illustrated by several benchmark problems.
The stability problem of steady motion of a rigid body with multi-elastic appendages and multi-liquid-filled cavities, in the presence of no external forces or torque, is considered in this paper. The flexible appendages are modeled as the clamped -free-free-free rectangular plates, or/and as the discrete mass- spring sub-system. The motion of liquid in every single ellipsoidal cavity is modeled as the uniform vortex motion with a finite number of degrees of freedom. Assuming that stationary holonomic constraints imposed on the body allow its rotation about a spatially fixed axis, the equation of motion for such a systematic configuration can be very complex. It consists of a set of ordinary differential equations for the motion of the rigid body, the uniform rotation of the contained liquids, the motion of discrete elastic parts, and a set of partial differential equations for the elastic appendages supplemented by appropriate initial and boundary conditions. In addition, for such a hybrid system, under suitable assumptions, their equations of motion have four types of first integrals, i.e., energy and area, Helmholtz' constancy of liquid - vortexes, and the constant of the Poisson equation of motion. Chetaev's effective method for constructing Liapunov functions in the form of a set of first integrals of the equations of the perturbed motion is employed to investigate the sufficient stability conditions of steady motions of the complete system in the sense of Liapunov, i.e., with respect to the variables determining the motion of the solid body and to some quantities which define integrally the motion of flexible appendages. These sufficient conditions take into account the vortexes of the contained liquids, the vibration of the flexible components, and coupling among the liquid-elasticity solid.
The earthquake responses are studied for the tall flexible structures such as TV towers when the vertical eccentricities between the discrete nodes and the corresponding centroids of investigated lumps are considered. In practical analyses, the tall flexible structures can be made into a spatial-discrete system of some certain length of beam elements with different lengths and cross-sectional areas. These elements are used to construct the investigated lumps in this paper. The different cross-sectional areas and the different lengths of two adjacent elements lead to the appearance of vertical eccentricity between the discrete node and the centroid of investigated lump within the same investigated lump. Firstly, the governing equations are established for a typical investigated lump. Secondly, the calculating formulae of the forces and moments acting on the investigated lump are derived and provided. Finally the new dynamic equilibrium equations with modified mass matrix and assemblage of stiffness matrix have been derived for the stick MDOF model based on beam theory when the existing vertical eccentricities are considered. Numerical results demonstrate that these vertical eccentricities should be considered in order to obtain the accurate earthquake responses for the tall flexible structures.
Modeling a discrete event system such as a sequential control system is difficult compared with a continuous system. Petri nets have been introduced as an analyzing and design tool for the discrete systems. One of the problems in its applications is that the model can not be analyzed easily in the case of large scale or complicated systems because of increase of the number of components of the system. To overcome this problem, some methods for dividing or reducing Petri nets have been suggested. In this paper, an approach for a hierarchical expression of Petri nets based on Sequential Function Chart(SFC) is proposed. A measuring tank system will be described as a typical kind of discrete systems. The system is modeled by sub Petri nets based on SFC in order to analyze and visualize efficiently about the dynamic behaviors of the system. Some numerical simulations using state equations are performed to prove the validity of the proposed method.
S. Arul Veda Manickam;Moudgalya, Nannan-K.;Pani, Amiya-K.
Journal of applied mathematics & informatics
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제15권1_2호
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pp.1-28
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2004
We first apply a first order splitting to a semilinear reaction-diffusion equation and then discretize the resulting system by an $H^1$-Galerkin mixed finite element method in space. This semidiscrete method yields a system of differential algebraic equations (DAEs) of index one. A priori error estimates for semidiscrete scheme are derived for both differ-ential as well as algebraic components. For fully discretization, an implicit Runge-Kutta (IRK) methods is applied to the temporal direction and the error estimates are discussed for both components. Finally, we conclude the paper with a numerical example.
We study an age-dependent s-i-s epidemic model with spatial diffusion. The model equations are described by a nonlinear and nonlocal system of integro-differential equations. Finite difference methods along the characteristics in age-time domain combined with finite elements in the spatial variable are applied to approximate the solution of the model. Stability of the discrete periodic solution is investigated.
A class of systems of singularly perturbed convection diffusion type equations with integral boundary conditions is considered. A numerical method based on a finite difference scheme on a Shishkin mesh is presented. The suggested method is of almost first order convergence. An error estimate is derived in the discrete maximum norm. Numerical examples are presented to validate the theoretical estimates.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권4호
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pp.446-459
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2017
Naval ships are assigned many and varied missions. Their performance is critical for mission success, and depends on the specifications of the components. This is why performance analyses of naval ships are required at the initial design stage. Since the design and construction of naval ships take a very long time and incurs a huge cost, Modeling and Simulation (M & S) is an effective method for performance analyses. Thus in this study, a simulation core is proposed to analyze the performance of naval ships considering their specifications. This simulation core can perform the engineering level of simulations, considering the mathematical models for naval ships, such as maneuvering equations and passive sonar equations. Also, the simulation models of the simulation core follow Discrete EVent system Specification (DEVS) and Discrete Time System Specification (DTSS) formalisms, so that simulations can progress over discrete events and discrete times. In addition, applying DEVS and DTSS formalisms makes the structure of simulation models flexible and reusable. To verify the applicability of this simulation core, such a simulation core was applied to simulations for the performance analyses of a submarine in an Anti-SUrface Warfare (ASUW) mission. These simulations were composed of two scenarios. The first scenario of submarine diving carried out maneuvering performance analysis by analyzing the pitch angle variation and depth variation of the submarine over time. The second scenario of submarine detection carried out detection performance analysis by analyzing how well the sonar of the submarine resolves adjacent targets. The results of these simulations ensure that the simulation core of this study could be applied to the performance analyses of naval ships considering their specifications.
Discrete-time Queueing models are frequently utilized to analyze the performance of computing and communication systems. The length of busy period is one of important performance measures for such systems. In this paper, we consider the busy period of the Geo/Geo/1/K queue with a single vacation. We derive the moments of the length of the busy (idle) period, the number of customers who arrive and enter the system during the busy (idle) period and the number of customers who arrive but are lost due to no vacancies in the system for both early arrival system (EAS) and late arrival system (LAS). In order to do this, recursive equations for the joint probability generating function of the busy period of the Geo/Geo/1/K queue starting with n, 1 ≤ n ≤ K, customers, the number of customers who arrive and enter the system, and arrive but are lost during that busy period are constructed. Using the result of the busy period analysis, we also numerically study differences of various performance measures between EAS and LAS. This numerical study shows that the performance gap between EAS and LAS increases as the system capacity K decrease, and the arrival rate (probability) approaches the service rate (probability). This performance gap also decreases as the vacation rate (probability) decrease, but it does not shrink to zero.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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