The current research deals with, stability/instability and cylindrical composite nano-scaled shell's resonance frequency filled by graphene nanoplatelets (GPLs) under various thermal conditions (linear and nonlinear thermal loadings). The piece-wise GPL-reinforced composites' material properties change through the orientation of cylindrical nano-sized shell's thickness as the temperature changes. Moreover, in order to model all layers' efficient material properties, nanomechanical model of Halpin-Tsai has been applied. A functionally modified couple stress model (FMCS) has been employed to simulate GPLRC nano-sized shell's size dependency. It is firstly investigated that reaching the relative frequency's percentage to 30% would lead to thermal buckling. The current study's originality is in considering the multifarious influences of GPLRC and thermal loading along with FMCS on GPLRC nano-scaled shell's resonance frequencies, relative frequency, dynamic deflection, and thermal buckling. Furthermore, Hamilton's principle is applied to achieve boundary conditions (BCs) and governing motion equations, while the mentioned equations are solved using an analytical approach. The outcomes reveal that a range of distributions in temperature and other mechanical and configurational characteristics have an essential contribution in GPLRC cylindrical nano-scaled shell's relative frequency change, resonance frequency, stability/instability, and dynamic deflection. The current study's outcomes are practical assumptions for materials science designing, nano-mechanical, and micromechanical systems such as micro-sized sensors and actuators.
We investigate the concurrent solution of differential equations by the waveform relaxation (WR) method, an iterative method for analyzing linear and nonlinear dynamical systems in the time do-main. The method, at each iteration, decomposes the dynamical system into several subsystems, each of which is analyzed for the entire given time interval. The method, when efficiently implemented, results in algorithms with a highly parallelizable concurrent fraction. In this paper, the waveform relaxation method is introduced and applied to two types of reactor dynamics problems. It is concluded that the U method can be applied to reactor dynamics equations, but that its parallel performance on the KMRR dynamics is only modest.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.2
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pp.68-73
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2000
This paper addresses the analysis and design of fuzzy control systems for a class of complex nonlinear systems. Firstly, the nonlinear system is represented by Takagi-Sugeno(TS) fuzzy model and the global controller is constructed by compensating each linear model in the rule of TS fuzzy model. The design of conventional TS fuzzy-model-based controller is composed of two processes. One is to determine the static state feedback gain of each local model and the other is to validate the stability of the designed fuzzy controller. In this paper, we propose an alternative methods for the design of TS fuzzy-model-based controller. The design scheme is based on the extension of conventional optimal control theory to the design of TS fuzzy-model-based controller. By using the proposed method, the design and stability analysis of the TS fuzzy model-based controller is reduced to the problem of finding the solution of a set of algebraic Riccati equations. And we use the recently developed interior point method to find the solution of AREs, where AREs are recast as the LMI formulation. A numerical simulation example is given to show the effectiveness and feasibiltiy of the proposed fuzzy controller design method.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.1
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pp.62-74
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2002
The tracking of a reference temperature trajectory in a polymerization batch reactor is a common problem and has critical importance because the quality control of a batch reactor is usually achieved by implementing the trajectory precisely. In this study, only energy balances around a reactor are considered as a design model for control synthesis, and material balances describing concentration variations of involved components are treated as unknown disturbances, of which the effects appear as time-varying parameters in the design model. For the synthesis of a tracking controller, a method combining the input-output linearization of a time-variant system with the parameter estimation is proposed. The parameter estimation method provides parameter estimates such that the estimated outputs asymptotically follow the measured outputs in a specified way. Since other unknown external disturbances or uncertainties can be lumped into existing parameters or considered as another separate parameters, the method is useful in practices exposed to diverse uncertainties and disturbances, and the designed controller becomes robust. And the design procedure and setting of tuning parameters are simple and clear due to the resulted linear design equations. The performances and the effectiveness of the proposed method are demonstrated via simulation studies.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.9
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pp.1521-1526
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2007
This paper presents the application of Adaptive Evolutionary Algorithm (AEA) to search an optimal setting of overcurrent relay coordination to protect ring distribution systems. The AEA takes the merits of both a genetic algorithm (GA) and an evolution strategy (ES) in an adaptive manner to use the global search capability of GA and the local search capability of ES. The overcurrent relay settings and coordination requirements are formulated into a set of constraint equations and an objective function is developed to manage the overcurrent relay settings by the Time Coordination Method. The domain of overcurrent relays coordination for the ring-fed distribution systems is a non-linear system with a lot of local optimum points and a highly constrained optimization problem. Thus conventional methods fail in searching for the global optimum. AEA is employed to search for the optimum relay settings with maximum satisfaction of coordination constraints. The simulation results show that the proposed method can optimize the overcurrent relay settings, reduce relay mis-coordinated operations, and find better optimal overcurrent relay settings than the present available methods.
The beam structure with breathing cracks subjected to harmonic excitations was modeled by FEM based on Euler-Bernoulli theory, and a piecewise dynamical system was deduced. The precise integration method (PIM) was employed to propose an algorithm for analyzing the dynamic responses of the deduced system. This system was first divided into linear sub-systems, between which there are switching points resulted from the breathing cracks. The inhomogeneous terms due to the external excitations were tackled by introducing auxiliary variables to express the harmonic functions, hence the sub-systems are homogeneous. The PIM was then applied to solve the homogeneous sub-systems one by one. During the procedures, a predictor-corrector algorithm was presented to determine the switching points accurately. The presented method can provide solutions with an accuracy to a magnitude of $10^{-12}$ compared with exact solutions obtained by the theories of ordinary differential equations. The PIM results are much more accurate than Newmark ones with the same time step. Moreover, it is found that the PIM can maintain a high level of accuracy even when the time step increases within a relatively wide range.
A non-linear numerical simulation technique for predicting the unsteady performances of an airbreathing engine is developed. The study focuses on the simulation of integrated propulsion systems, where a closer coupling is needed between the airframe and the engine dynamics. In fact, the solution of the fully unsteady flow governing equations, rather than a lumped volume gas dynamics discretization, is essential for modeling the coupling between aero-servoelastic modes and engine dynamics in highly integrated propulsion systems. This consideration holds for any propulsion system when a full separation between the fluid dynamic time-scale and engine transient cannot be appreciated, as in the case of flow instabilities (e.g., rotating stall, surge, inlet unstart), or in case of sudden external perturbations (e.g., gas ingestion). Simulations of the coupling between external and internal flow are performed. The flow around the nacelle and inside the engine ducts (i.e., air intakes, nozzles) is solved by CFD computations, whereas the flow evolution through compressor and turbine bladings is simulated by actuator disks. Shaft work balance and rotor dynamics are deduced from the estimated torque on each turbine/compressor blade row.
Arani, Ali Ghorbanpour;Pourjamshidian, Mahmoud;Arefi, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.105-120
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2018
In this paper, the nonlinear free and forced vibration responses of sandwich nano-beams with three various functionally graded (FG) patterns of reinforced carbon nanotubes (CNTs) face-sheets are investigated. The sandwich nano-beam is resting on nonlinear Visco-elastic foundation and is subjected to thermal and electrical loads. The nonlinear governing equations of motion are derived for an Euler-Bernoulli beam based on Hamilton principle and von Karman nonlinear relation. To analyze nonlinear vibration, Galerkin's decomposition technique is employed to convert the governing partial differential equation (PDE) to a nonlinear ordinary differential equation (ODE). Furthermore, the Multiple Times Scale (MTS) method is employed to find approximate solution for the nonlinear time, frequency and forced responses of the sandwich nano-beam. Comparison between results of this paper and previous published paper shows that our numerical results are in good agreement with literature. In addition, the nonlinear frequency, force response and nonlinear damping time response is carefully studied. The influences of important parameters such as nonlocal parameter, volume fraction of the CNTs, different patterns of CNTs, length scale parameter, Visco-Pasternak foundation parameter, applied voltage, longitudinal magnetic field and temperature change are investigated on the various responses. One can conclude that frequency of FG-AV pattern is greater than other used patterns.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.4
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pp.9-18
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1987
The hydrodynamic radiation forces acting on a ship travelling in waves have been conventionally treated by strip theories or by direct three dimensional approaches, most of which have been formulated in frequency domain. If the forward speed of a ship varies with time, or if its path is not a straight line, conventional frequency domain analysis can no more be used, and for these cases time domain analysis may be used. In this paper, formulations are made in time domain with applications to some problems the results of which are known in frequency domain. And the results of both domains are compared to show the characteristics and validity of time domain solutions. The radiation forces acting on a three dimensional body within the framework of a linear theory. If the linearity of entire system is assumed, radiation forces due to arbitrary ship motions can be expressed by the convolution integral of the arbitrary motion velocity and the so called impulse response function. Numerical calculations are done for some bodies of simple shapes and Series-60[$C_B=0.7$] ship model. For all cases, integral equation techniques with transient Green's function are used, and velocity or acceleration potentials are obtained as the solution of the integral equations. In liner systems, time domain solutions are related with frequency domain solutions by Fourier transform. Therefore time domain solutions are Fourier transformed by suitable relations and the results are compared with various frequency domain solutions, which show good agreements.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.459-464
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2007
Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, differs with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with the MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. Frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed. Finally, response reduction factors for equivalent linear systems are proposed in order to improve accuracy in the prediction of the actual nonlinear response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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