Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.12
no.3
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pp.149-155
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2009
A new finite element equation is derived by applying quadratic and cubic time integration scheme to the variational formulation in time-integral for the analysis of the transient elastodynamic problems to increase the numerical accuracy and stability. Emphasis is focused on methodology for cubic time integration scheme procedure which are never presented before. In this semidiscrete approximations of the field variables, the time axis is divided equally and quadratic and cubic time variation is assumed in those intervals, and space is approximated by the usual finite element discretization technique. It is found that unconditionally stable numerical results are obtained in case of the cubic time variation. Some numerical examples are given to show the versatility of the presented formulation.
Starting with Hamilton's variational principle, the governing field equations for the steady state response of thin-walled beams under harmonic forces are derived. The formulation captures shear deformation effects due to bending and warping, translational and rotary inertia effects and as well as torsional flexural coupling effects due to the cross section mono-symmetry. The equations of motion consist of four coupled differential equations in the unknown displacement field variables. A general closed form solution is then developed for the coupled system of equations. The solution is subsequently used to develop a family of shape functions which exactly satisfy the homogeneous form of the governing field equations. A super-convergent finite element is then formulated based on the exact shape functions. Key features of the element developed include its ability to (a) isolate the steady state response component of the response to make the solution amenable to fatigue design, (b) capture coupling effects arising as a result of section mono-symmetry, (c) eliminate spatial discretization arising in commonly used finite elements, (d) avoiding shear locking phenomena, and (e) eliminate the need for time discretization. The results based on the present solution are found to be in excellent agreement with those based on finite element solutions at a small fraction of the computational and modelling cost involved.
Currently, the pin-by-pin homogenized solvers are a very active research field as they can, unlike the nodal codes, directly predict the local power, while requiring significantly less computational resources than the heterogeneous transport codes. This paper presents a recently developed pin-by-pin diffusion/SP3 solver Tortin, its spatial discretization method and the reflector treatment. Regarding the spatial discretization, it was observed that the finite difference method applied on pin-cell size mesh does not properly capture the big flux change between MOX and uranium fuel, while the nodal expansion method is more accurate but too slow. If the finite difference method is used with a finer mesh in the outer two pin rows of the fuel assembly, it increases the required computation time by only 50%, but decreases the pin power errors below 1% with respect to lattice code reference solutions. The paper further describes the coupling of Tortin with a microscopic depletion solver. Several verification tests show that the SP3 pin-by-pin solver can reproduce the heterogeneous transport solvers results with very good accuracy, even for fuel cycle depletion of very heterogeneous core employing MOX fuel or inserted control rods, while being two orders of magnitude faster.
Hydraulic efficiency was a vital component in evaluating the disinfection capability of clearwell. Current practice evaluates these system based on the tracer test only. In this paper, CFD(Computational Fluid Dynamics) was applied on the clearwell for alternating or supplementing the tracer test. The baffle factor derived from the CFD modeling closely matched the values obtained from full scale tracer testing. And, for suggesting proper numerical model in clearwell; the turbulence model, discretization scheme, convergence criteria were investigated through separate simulation runs. The model validation was conducted by comparing the simulated data with experimental data. In the turbulence model, the realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model were found to be more appropriate than RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The residuals of convergence criteria should be used as not $10^{-3}$ but $10^{-4}$ or $10^{-5}$. In discretization scheme, the difference of simulated values in 1st, 2nd, 3rd upwind scheme was found to be insignificant. Moreover, the result of this study suggest that CFD modeling can be a reliable alternative to tracer testing for evaluating the hydraulic efficiency.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.17
no.4
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pp.357-368
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1988
An application of thermal response coefficient method for obtaining thermal load on stud-frame walls in a typical house is presented. A set of stud-frame walls is two-dimensional heat conduction transients with composite structure. The ambient temperature on the right-hand face of the stud-frame walls is a typical day-cycle input and the room temperature on the left-hand face is a constant input. The desired output is thermal load at the left-hand face. The time-dependent ambient temperature is approximated by a continuous, piecewise-linear function each having one hour interval. The conduction problem is spatially discretized as 8 computer modelings by finite elements to obtain thermal response coefficients. The discretization and round-off errors can be neglected in the range of adequate number of nodes. A 60-node discretization is recommended as the optimum model among 8 computer modelings. Several sets of response coefficients of the stud-frame walls are generated by which the rate of heat transfer through the walls or some temperature in the walls can be calculated for different input histories.
Discretization errors are extremely challenging conundrums of discrete ordinates calculations for radiation transport problems with void regions. In previous work, we have presented a multi-collision source method (MCS) to overcome discretization errors, but the efficiency needs to be improved. This paper proposes a goal-oriented algorithm for the MCS method to adaptively determine the partitioning of the geometry and dynamically change the angular quadrature in remaining iterations. The importance factor based on the adjoint transport calculation obtains the response function to get a problem-dependent, goal-oriented spatial decomposition. The difference in the scalar fluxes from one high-order quadrature set to a lower one provides the error estimation as a driving force behind the dynamic quadrature. The goal-oriented algorithm allows optimizing by using ray-tracing technology or high-order quadrature sets in the first few iterations and arranging the integration order of the remaining iterations from high to low. The algorithm has been implemented in the 3D transport code ARES and was tested on the Kobayashi benchmarks. The numerical results show a reduction in computation time on these problems for the same desired level of accuracy as compared to the standard ARES code, and it has clear advantages over the traditional MCS method in solving radiation transport problems with reflective boundary conditions.
Qizheng Sun ;Wei Xiao;Xiangyue Li ;Han Yin;Tengfei Zhang ;Xiaojing Liu
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2172-2194
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2023
A variational nodal method (VNM) with unstructured-mesh is presented for solving steady-state and dynamic neutron diffusion equations. Orthogonal polynomials are employed for spatial discretization, and the stiffness confinement method (SCM) is implemented for temporal discretization. Coordinate transformation relations are derived to map unstructured triangular nodes to a standard node. Methods for constructing triangular prism space trial functions and identifying unique nodes are elaborated. Additionally, the partitioned matrix (PM) and generalized partitioned matrix (GPM) methods are proposed to accelerate the within-group and power iterations. Neutron diffusion problems with different fuel assembly geometries validate the method. With less than 5 pcm eigenvalue (keff) error and 1% relative power error, the accuracy is comparable to reference methods. In addition, a test case based on the kilowatt heat pipe reactor, KRUSTY, is created, simulated, and evaluated to illustrate the method's precision and geometrical flexibility. The Dodds problem with a step transient perturbation proves that the SCM allows for sufficiently accurate power predictions even with a large time-step of approximately 0.1 s. In addition, combining the PM and GPM results in a speedup ratio of 2-3.
A digital controller for nonlinear time-delay system is proposed in this paper. A nonlinear time-delay system is discretized by using Taylor's discretization method. And the discretized system can be converted to a general nonlinear system. For this reason, general nonlinear controller synthesis can be applied to the discretized time-delay system. We adopted MAC controller synthesis for this study. Computer simulations are conducted to verify the performance of the proposed method. The results of simulation show good performance of the proposed controller synthesis and the proposed method is useful to control nonlinear time-delay system easily.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.16
no.4
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pp.45-52
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2011
In the real-field of control cases for robot manipulators, there always exists a modeling error, which results the model has the uncertainties in its parameters and/or structure. In many modem applications, digital computers are extensively used to implement control algorithms to control such systems. The discretization of the nonlinear dynamic equations of such systems results in a complicated discrete dynamic equations. Therefore, it will be difficult to design a discrete-time controller to give good tracking performances in the presence of certain uncertainties. In this paper, a discrete-time sliding mode control algorithm for nonlinear and time varying robot manipulators with uncertainties is presented. Sufficient conditions for guaranteeing the convergence of the discrete-time SMC system are derived. As example simulations, the proposed SMC algorithm is applied to a two-link robotic manipulator with unknown dynamics. The results of the simulation indicate that the developed control scheme is effective in manipulators and electro-mechanical system control.
This work deals with the synthesis of discrete-time nonlinear controller for input time-delay existing nonlinear system and proposes a new effective method to compensate the influence of input time-delay. The controller is synthesised by using input/output linearization. Under the circumstance that input time-delay exist, controller have to produce future value that will be needed for system. On account of this reason described, a weighted average predictor of combined states is adopted. Using the discretization via Euler method, numerical simulations about Van der Pol system are performed to evaluate performance of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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