Analytical Results For The Steady State Of Traffic Flow Models With Stochastic Delay

Exact mean field equations are derived analytically to give the fundamental diagrams, i.e., the average speed - car density relations, for the Fukui-Ishibashi one-dimensional traffic flow cellular automaton model of high speed vehicles $(v_{max}=M>1)$ with stochastic delay. Starting with the basic equation describing the time evolution of the number of empty sites in front of each car, the concepts of inter-car spacings longer and shorter than $M$ are introduced. The probabilities of having long and short spacings on the road are calculated. For high car densities $(\rho \geq 1/M)$, it is shown that inter-car spacings longer than $M$ will be shortened as the traffic flow evolves in time, and any initial configurations approach a steady state in which all the inter-car spacings are of the short type. Similarly for low car densities $(\rho \leq 1/M)$, it can be shown that traffic flow approaches an asymptotic steady state in which all the inter-car spacings are longer than $M-2$. The average traffic speed is then obtained analytically as a function of car density in the asymptotic steady state. The fundamental diagram so obtained is in excellent agreement with simulation data.Comment: 12 pages, latex, 2 figure

Macroporous materials: microfluidic fabrication, functionalization and applications

This article provides an up-to-date highly comprehensive overview (594 references) on the state of the art of the synthesis and design of macroporous materials using microfluidics and their applications in different fields

Experimental studies on the shear resistance of original coal-shale joint

Purpose. Experimental study and theoretical modeling of the shear resistance of original coal-shale joint. Methods. A two-segment model was developed to describe the shear resistance-shear displacement curves obtained from the direct shear tests of eight coal-shale joints by letting the two segments of the fitting curve pass through the peak point of each curve. Findings. The two-segment model well describes the shear resistance variation of the coal-shale joints during the shear process, and there exist good relationships between the fitting parameters and the shear testing parameters. The initial slope of the softening part of the shear resistance – shear displacement curve can help to predict whether the coal pillar will burst drastically when it fails. Moreover, the normal displacement was very small in the pre-peak range which indicates that the complete detachment of original coal-shale joint surfaces has not occurred before the peak. Originality. Direct shear tests were conducted on original coal-shale specimens for the first time, and a two-segment model is developed to describe their shear resistance-shear displacement curves. The initial slope of the softening part of the shear resistance – shear displacement curve is proposed to predict the burst tendency of coal pillar. Different from unbonded rock joints, the detachment of the original coal-shale joint occurs just after the peak. Practical implications. The conclusions may have some help to understand the shear resistance mechanism of original coal-shale joint and to provide some new ideas of maintaining coal pillar stability.Мета. Експериментальне дослідження та теоретичне моделювання опору зсуву початкового шару вуглистого сланцю. Методика. Розроблено модель для опису кривих опору зсуву й зсувного зміщення, отриманих у результаті випробувань на прямий зсув восьми шарів вуглистого сланцю. Модель включає два сегменти апроксимуючої кривої, що проходять через вищі точки описуваних кривих. Результати. Запропонована модель достовірно описує зміну опору на зсув шарів вуглистого сланцю в про-процесі зсуву, при цьому визначено наявність тісного зв’язку між параметрами апроксимації та параметрами випробування на зсув. За початковим нахилом кривої в частині ослаблення опору зсуву й зсувного зміщення можна передбачити, чи відбудеться значне руйнування цілика вугілля при його обваленні. Нормальне зміщення є незначним у передпіковому діапазоні, що свідчить про те, що в цей час не відбувається повного відриву поверхонь шару вуглистого сланцю. Наукова новизна. Випробування на прямий зсув проводилися вперше на зразках початкового вуглистого сланцю. Двохсегментна модель була розроблена спеціально для опису кривих опору зсуву та зсувного зміщення досліджуваних шарів. За початковим нахилом кривої в частині ослаблення опору зсуву й зсувного зміщення можна передбачити характер руйнування цілика. На відміну від незв’язаних шарів породи, відділення початкового шару вуглистого сланцю відбувається після пікових значень досліджуваних кривих. Практична значимість. Висновки можуть допомогти зрозуміти механізм опору зсуву в первісному шарі вуглистого сланцю й окреслити нові підходи до збереження стабільності вугільного цілика.Цель. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование сопротивления сдвигу первоначального слоя углистого сланца. Методика. Разработана модель для описания кривых сопротивления сдвигу и сдвигового смещения, полученных в результате испытаний на прямой сдвиг восьми слоев углистого сланца. Модель включает два сегмента аппроксимирующей кривой которые проходят через высшие точки описываемых кривых. Результаты. Предлагаемая модель достоверно описывает изменение сопротивления на сдвиг слоев углистого сланца в процессе сдвига, при этом определено наличие тесной связи между параметрами аппроксимации и параметрами испытания на сдвиг. По начальному наклону кривой в части ослабления сопротивления сдвигу и сдвигового смещения можно предсказать, произойдет ли значительное разрушение целика угля при его обрушении. Нормальное смещение незначительно в предпиковом диапазоне, что свидетельствует о том, что в это время не происходит полного отрыва поверхностей слоя углистого сланца. Научная новизна. Испытания на прямой сдвиг проводились впервые на образцах первоначального углистого сланца. Двухсегментная модель была разработана специально для описания кривых сопротивления сдвигу и сдвигового смещения исследуемых слоев. По начальному наклону кривой в части ослабления сопротивления сдвигу и сдвигового смещения можно предсказать характер разрушения целика. В отличие от несвязанных слоев породы, отделение первоначального слоя углистого сланца происходит после пиковых значений исследуемых кривых. Практическая значимость. Выводы могут помочь понять механизм сопротивления сдвигу в первоначальном слое углистого сланца и обозначить новые подходы к сохранению стабильности угольного целика.The authors gratefully acknowledge funding by China National Natural Science Foundation (51109076) and the key scientific and technological project of Henan Province (152102210316)

Optical properties of TlNi2Se2: Observation of pseudogap formation

The quasi-two-dimensional nickel chalcogenides $TlNi_2Se_2$ is a newly discovered superconductor. We have performed optical spectroscopy study on $TlNi_2Se_2$ single crystals over a broad frequency range at various temperatures. The overall optical reflectance spectra are similar to those observed in its isostructure $BaNi_2As_2$. Both the suppression in $R(\omega)$ and the peaklike feature in $\sigma_1(\omega)$ suggest the progressive formation of a pseudogap feature in the midinfrared range with decreasing temperatures, which might be originated from the dynamic local fluctuation of charge-density-wave (CDW) instability. We propose that the CDW instability in $TlNi_2Se_2$ is driven by the saddle points mechanism, due to the existence of van Hove singularity very close to the Fermi energy.Comment: 5 pages, 4 figure

Gradient design of metal hollow sphere (MHS) foams with density gradients

This is the post-print version of the final paper published in Composites Part B: Engineering. The published article is available from the link below. Changes resulting from the publishing process, such as peer review, editing, corrections, structural formatting, and other quality control mechanisms may not be reflected in this document. Changes may have been made to this work since it was submitted for publication. Copyright @ 2011 Elsevier B.V.Metal hollow sphere (MHS) structures with a density gradient have attracted increasing attention in the effort to pursue improved energy absorption properties. In this paper, dynamic crushing of MHS structures of different gradients are discussed, with the gradients being received by stacks of hollow spheres of the same external diameter but different wall thicknesses in the crushing direction. Based on the dynamic performance of MHS structures with uniform density, a crude semi-empirical model is developed for the design of MHS structures in terms of gradient selections for energy absorption and protection against impact. Following this, dynamic responses of density graded MHS foams are comparatively analyzed using explicit finite element simulation and the proposed formula. Results show that the simple semi-empirical model can predict the response of density gradient MHS foams and is ready-to-use in the gradient design of MHS structures.The National Science Foundation of China and the State Key Laboratory of Explosion Science and Technology (Beijing Institute of Technology

Modelling and control of the flame temperature distribution using probability density function shaping

This paper presents three control algorithms for the output probability density function (PDF) control of the 2D and 3D flame distribution systems. For the 2D flame distribution systems, control methods for both static and dynamic flame systems are presented, where at first the temperature distribution of the gas jet flames along the cross-section is approximated. Then the flame energy distribution (FED) is obtained as the output to be controlled by using a B-spline expansion technique. The general static output PDF control algorithm is used in the 2D static flame system, where the dynamic system consists of a static temperature model of gas jet flames and a second-order actuator. This leads to a second-order closed-loop system, where a singular state space model is used to describe the dynamics with the weights of the B-spline functions as the state variables. Finally, a predictive control algorithm is designed for such an output PDF system. For the 3D flame distribution systems, all the temperature values of the flames are firstly mapped into one temperature plane, and the shape of the temperature distribution on this plane can then be controlled by the 3D flame control method proposed in this paper. Three cases are studied for the proposed control methods and desired simulation results have been obtained