Some bounds for anisotropic torsional rigidity with one plane of elastic symmetry perpendicular to the axis of the beam are derived by making use of the isoperimetric inequalities, complementary variational principles, and the maximum principle. Upper and lower bounds are obtained by applying the isoperimetric inequalities. While the upper bound investigated by the variational principles and maximum principle. The analysis is patterned after the work of Payne and Weinbeger [J. Math. Anal. Appl. 2(1961). pp. 210-216].
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.6
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pp.590-599
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2024
Quantum computing is set to transform the field of materials science, offering computational methods that could far surpass conventional approaches for tackling intricate material design challenges. This review introduces the foundational principles of rapidly growing quantum computing and its application trends in the design and analysis of nanomaterials. We explain how quantum speedup, achieved through quantum algorithms utilizing qubit superposition and entanglement, is applied to material design. Additionally, the principles and research trends of quantum variational methods, including the Variational Quantum Eigensolver (VQE), which has recently gained attention as a quantum algorithm simulation technique, will be discussed. By combining new techniques based on quantum algorithms with the quantum speed-up, the quantum computing is expected to offer new insights into data-intensive materials research and provide innovative methodologies for the development of new functional materials. With the advancement of quantum algorithms, the field of materials science could enter a new era, enabling more precise and efficient approaches in materials design and functional analysis.
A family of variational principles governing the dynamics of laminated plate has been derived using a variationally consistent shear deformable discrete laminated plate theory with particular reference to finite element procedures. The theoretical basis for the derivation is Sandhu's generalized procedure for the variational formulation of linear coupled boundary value problem. As the bilinear mapping to write the operator matrix of the field equations in self-adjoint form, convolution product was employed. Boundary conditions, initial conditions and probable internal discontinuity were explicitly included in the governing functionals. Some interesting extensions and specializations of the general variational principle were presented, which can provide many different finite element formulations for the problem.
A new three-dimensional 8-node solid element with rotational degrees of freedom is presented. The proposed element is established by adding rotational degrees of freedom to the basic 8-node solid element. Thus the element has three translations and three rotational degrees of freedom per node. The corner rotations are introduced by transforming the hierarchical mid-edge displacements which are parabolic shape along an edge. The derivation of the element is based on the mixed variational principles in which the rotations are introduced as independent variables. Several types of non-conforming modes are selectively added to the displacement fields to obtain a series of improved elements. The resulting elements do not have the spurious zero energy modes and Poisson's ratio locking and pass patch test. Numerical examples show that presented non-conforming solid elements with rotational degrees of freedom show good performance even in the highly distorted meshes.
This paper presents the derivation of the generalized governing equations in theory of elasticity, their weak forms and the some applications in the numerical analysis of structural mechanics. Unlike the differential equations in classical elasticity theory, the generalized equations of the equilibrium and compatibility equations presented here take the form of integral equations, and the generalized equilibrium equations contain the classical differential equations and the boundary conditions in a single equation. By using appropriate test functions, the weak forms of these generalized governing equations can be established. It can be shown that various variational principles in structural analysis are merely the special cases of these weak forms of generalized governing equations in elasticity. The present weak forms of elasticity equations extend greatly the choices of the trial functions for approximate solutions in the numerical analysis of various engineering problems. Therefore, the weak forms of generalized governing equations in elasticity provide a powerful modeling tool in the computational structural mechanics.
A design method of second generation wavelet (SGW)-based multivariable finite elements is proposed for static and vibration beam analysis. An important property of SGWs is that they can be custom designed by selecting appropriate lifting coefficients depending on the application. The SGW-based multivariable finite element equations of static and vibration analysis of beam problems with two and three kinds of variables are derived based on the generalized variational principles. Compared to classical finite element method (FEM), the second generation wavelet-based multivariable finite element method (SGW-MFEM) combines the advantages of high approximation performance of the SGW method and independent solution of field functions of the MFEM. A multiscale algorithm for SGW-MFEM is presented to solve structural engineering problems. Numerical examples demonstrate the proposed method is a flexible and accurate method in static and vibration beam analysis.
This paper investigates history and modern developments concerning spatial decay estimates for solutions in a semi-infinite cylinder or strip, in which model equations are defined with appropriate homogeneous lateral boundary conditions and initial conditions but left end boundary data are assumed. Our aim is to show this Saint-Venant type decay rate dependent critically on the Poincare constant resulting from characterizing variational principles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.803-809
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2000
For the effective analysis of an engineering problem, meshless methods which require only positioning finite points without the element meshing recently have been proposed and being studied extensively. Meshless methods have difficulty in imposing essential boundary conditions directly, because non-interpolate shape functions originated from an approximation process are used. So some techniques, which are Lagrange multiplier method, modified variational principles and coupling with finite elements and so on, were introduced in order to impose essential boundary conditions. In spite of these methods, imposition of essential boundary conditions have still many problems like as non-positive definiteness, inaccuracy and negation of meshless characteristics. In this paper, we propose a new method which modifies shape function. Through numerical tests, convergence, accuracy and validity of this method are compared with the standard EFGM which uses Lagrange multiplier method or modified variational principles. According to this study, the proposed method shows the comparable accuracy and efficiency.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.04a
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pp.9-16
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1995
A new three-dimensional transition solid element with drilling degrees of freedom is presented. The proposed transition element is established by adding variable nodes to a basic 8-node element for an effective connection between the refined region and the coarse. The derivation of the element in this paper is based on the variational principles in which the drilling rotations are introduced as independent variables. This element was also improved through the addition of modified non-conforming modes. Numerical examples show that performance of the element and the applicability to 3D adaptations are satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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