Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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pp.101-104
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2009
최적설계는 설계자가 요구하는 제한조건을 만족시키는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 설계점을 찾는 방법이다. 그러나 기존의 최적설계는 불확실성의 영향을 고려하지 않아 최적해가 제한조건의 경계에 위치하고 이것은 모델링과정이나 가공 등으로 인한 오차에 대한 영향을 고려하지 않는 문제점이 있다. 신뢰성 기반 최적설계는 불확실성을 정량화하면서 신뢰도를 계산하는 신뢰도 해석과정과 최적설계과정을 포함한다. 일반적으로 신뢰성 해석은 크게 추출법, 급속 확률 적분법, 모멘트 기반 신뢰성해석이 있다. 가장 널리 사용되는 급속 확률 적분법 중 최대 손상 가능점(MPP) 방법은 많은 MPP점이 존재하는 경우 수치적 비용이 증가하는 문제점과 표준 정규분포 공간으로 변환하는 과정에서 제한조건의 비선형성을 증가시켜 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 RBDO를 수행하기에 앞서 선행되어야 할 신뢰성해석 방법으로 곱분해기법을 사용하였고 이로부터 민감도 정보를 유도하여 기울기 기반 최적화 알고리즘을 적용하였다.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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제30권3A호
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pp.193-200
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2010
Structural design requires simultaneously to ensure safety by considering quantitatively uncertainties in the applied loadings, material properties and fabrication error and to maximize economical efficiency. As a solution, system reliability-based design optimization (SRBDO), which takes into consideration both uncertainties and economical efficiency, has been extensively researched and numerous attempts have been done to apply it to structural design. Contrary to conventional deterministic optimization, SRBDO involves the evaluation of component and system probabilistic constraints. However, because of the complicated algorithm for calculating component reliability indices and system reliability, excessive computational time is required when the large-scale finite element analysis is involved in evaluating the probabilistic constraints. Accordingly, an algorithm for SRBDO exhibiting improved stability and efficiency needs to be developed for the large-scale problems. In this study, a more stable and efficient SRBDO based on the performance measure approach (PMA) is developed. PMA shows good performance when it is applied to reliability-based design optimization (RBDO) which has only component probabilistic constraints. However, PMA could not be applied to SRBDO because PMA only calculates the probabilistic performance measure for limit state functions and does not evaluate the reliability indices. In order to overcome these difficulties, the decoupled algorithm is proposed where RBDO based on PMA is sequentially performed with updated target component reliability indices until the calculated system reliability index approaches the target system reliability index. Through a mathematical problem and ten-bar truss problem, the proposed method shows better convergence and efficiency than other approaches.
The objective of pavement design, just as with the design of other structures, is to obtain the most economical designs at specified levels of reliability. Methods that yield designs with different levels of reliability are undesirable, and over the course of time design approaches in the U.S. and Europe have converged toward the Load and Resistance Factor Design (LRFD) format in order to assure uniform reliability. At present the LRFD format has been implemented in concrete, steel, wood and bridge design specifications. In this paper, reliability theories are used to illustrate the development of an LRFD format for Mechanistic-Empirical (M-E) design of flexible pavements as an alternative of its reliability module. It is shown in this paper that ten candidate pavement sections designed with a reliability level using the AASHTO design guide (1986) do not have uniform structural reliability in terms of pavement mechanistic distress such as fatigue cracking and the uniform reliability can be achieved by using the LRFD format.
Park, Jang-Won;Lee, Oh-Young;Im, Jong-Bin;Lee, Soo-Yong;Park, Jung-Sun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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제36권5호
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pp.438-447
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2008
This study is focused on reliability based design optimization (RBDO) using moving least squares. A response surface is used to derive a limit-state equation for reliability based design optimization. Response surface method (RSM) with least square method (LSM) or Kriging will be used as a response surface. RSM is fast to make the response surface. On the other hand, RSM has disadvantage to make the response surface of nonlinear equation. Kriging can make the response surface in nonlinear equation precisely but needs considerable amount of computations. The moving least square method (MLSM) is made of both methods (RSM with LSM+Kriging). Numerical results by MLSM are compared with those by LMS in Rosenbrock function and six-hump carmel back function. The RBDO of engine duct of smart UAV is pursued in this paper. It is proved that RBDO is useful tool for aerospace structural optimal design problems.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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제20권4호
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pp.355-362
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2008
A reliability model of Level II AFDA is proposed to analyze the wave run-up occurring by the interaction of incident waves and sloped coastal structures. The reliability model may be satisfactorily calibrated by Level III Monte-Carlo simulation. Additionally, the partial safety factors of random variables related to wave run-up can be straightforwardly evaluated by the inverse-reliability method that use influence coefficients and uncertainties of random variables, and target probability of failure. In particular, a design equation for wave run-up is derived in the same form as that of deterministic design method so that the reliability-based design method of Level I may be applied easily. Finally, it is confirmed that results redesigned by the reliability-based design method of Level I with partial safety factors suggested in this paper are satisfactorily compared with results of CEM(2006) as well as those of Level II AFDA.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제22권4호
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pp.299-306
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2009
Design optimization is a method to find optimum point which minimizes the objective function while satisfying design constraints. The conventional optimization does not consider the uncertainty originated from modeling or manufacturing process, so optimum point often locates on the boundaries of constraints. Reliability based design optimization includes optimization technique and reliability analysis that calculates the reliability of the system. Reliability analysis can be classified into simulation method, fast probability integration method, and moment-based reliability method. In most generally used MPP based reliability analysis, which is one of fast probability integration method, if many MPP points exist, cost and numerical error can increase in the process of transforming constraints into standard normal distribution space. In this paper, multiplicative decomposition method is used as a reliability analysis for RBDO, and sensitivity analysis is performed to apply gradient based optimization algorithm. To illustrate whole process of RBDO mathematical and engineering examples are illustrated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제12권4호
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pp.133-140
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2008
The design method of the reinforced concrete structures is converting from the current limit state design method to the reliability based design method and active studies have been done in the US, Europe, and Japan etc. Performance based design method is considering lots of uncertainty of current design provision rationally and make sure that structure have a reliable reliability and safety. The main area of these studies is to secure the non-linear analysis technology with high reliability. The data for reinforced concrete columns tested by many researchers are used to verify the applicability of the nonlinear finite element analysis program (RCAHEST, Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology). A comparison is made between analysis and test, calculated safety factor based on reliability theories to applies to analysis result.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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한국지반공학회 2009년도 춘계 학술발표회
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pp.759-767
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2009
Recently, there is a trend to introduce a reliability approach to the design of al large scale improvement of weak ground due to the uncertainty of the influence factors in the consolidation. Since the reliability analysis is not easily adopted to geotechnical engineers because of some difficulties in working up the theories, Duncan(2000) proposed a simplified method for using reliability method to goetechnical problems. In this study, the applicability of Duncan's simplified reliability approach is evaluated by comparing the traditional reliability results with Duncan's. In the sensitivity analysis, the two results were quite similar. However, the probability of failure showed an error range of 20~50% and further Duncan's approach could not make a distinction for the distribution of geotechnical random variables. The simplified reliability method seems to be used properly in preliminary design if it is used supplementary with the deterministic method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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pp.97-100
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2009
신뢰성 분석은 불확실성으로 인한 제품의 성능 변동을 안전확률이나 파괴확률로 정량화 하여 설계에 이용하기 위해 연구되어 왔다. 불확실성은, 데이터의 양에 따라-물질의 본질적인 특성으로서의 많은 데이터가 주어진 경우의 물리적 불확실성과 부족한 데이터에서의 인식론적 불확실성으로 구분되고, 불확실성을 갖는 대상에 따라-입력변수 및 근사모델 불확실성으로 구분된다. 물리적 불확실성에 대한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 실제 산업현장에는 부족한 데이터로 인한 인식론적 불확실성이 지배적이며 이에 대한 연구는 최근에서야 진행되고 있다. 불확실성을 고려하는 신뢰성 기반 설계에는 효율성을 위해 실제모델을 대체하는 근사모델이 이용되는데, 근사모델법 자체에 대한 연구는 많이 진행되어 왔으나, 근사모델 이기 때문에 존재하는 불확실성을 고려한 연구는 최근에서야 연구되기 시작하였다. 본 연구에서는 베이지안 접근법에 기반하여 입력변수 및 근사모델 불확실성을 통합 고려하는 새로운 신뢰성 분석 기법을 제시하고 수치예제를 통해 타당성을 증명한 후, 이를 공학문제에 적용한다.
본 논문의 주목적은 불연속 또는 연속계 구조물의 시스템 신뢰성해석(system reliability analysis)을 위한 보다 일반적인 방법을 소개하는데 있다. 본 논문에서는, 확대하중증분법(extended incremental load method)이라고 불리우는데, 지금까지의 신뢰성 해석법 중 종래의 하중증분법이 갖는 단점을 보완하고, 여러 형태의 하중이 작용하는 구조물에 대해, 부재의 파괴후 거동(post-ultimate behaviour)을 다른 방법보다 더 실제적으로 고려할 수 있는 장점을 갖도록 개발한 것이다. 본 방법의 또 하나의 장점은 구조설계시 사용하는 강도공식(strength formula) 을 시스템 신뢰성 해석에서 직접 이용할 수 있다는 점이다. 이 방법은 부유식 해양구조물 같은 연속계 구조물의 시스템 신뢰성 해석을 위해 개발되었는데, 이 논문에서는 실제 구조물은 다루지 않고, 방법의 정당성과 아울러 수정된 안전여유식의 적용가능성을 보여주는 것에 중점을 두었다. 본 논문의 부유식 해양구조물들에 적용한 결과는 후일 발표할 예정이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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