Investigating damage potential of the railway infrastructure requires either large amount of case histories or in-depth numerical analyses, or both for which large amounts of effort and time are necessary to accomplish thoroughly. Rather than performing comprehensive studies for each damage case, in this study we collect and analyze a case history of the high-speed railway system damaged by the 2004 M6.6 Niigata Chuetsu earthquake for the development of the seismic fragility curve. The development processes are: 1) slice the railway system as 200 m segments and assigned damage levels and intensity measures (IMs) to each segment; 2) calculate probability of damage for a given IM; 3) estimate fragility curves using the maximum likelihood estimation regression method. Among IMs considered for fragility curves, spectral acceleration at 3 second period has the most prediction power for the probability of damage occurrence. Also, viaduct-type structure provides less scattered probability data points resulting in the best-fitted fragility curve, but for the tunnel-type structure data are poorly scattered for which fragility curve fitted is not meaningful. For validation purpose fragility curves developed are applied to the 2016 M7.0 Kumamoto earthquake case history by which another high-speed railway system was damaged. The number of actual damaged segments by the 2016 event is 25, and the number of equivalent damaged segments predicted using fragility curve is 22.21. Both numbers are very similar indicating that the developed fragility curve fits well to the Kumamoto region. Comparing with railway fragility curves from HAZUS, we found that HAZUS fragility curves are more conservative.
The transient nature and complex flow geometries of two-phase gas-liquid flows cause fundamental difficulties when measuring flow velocity using an electromagnetic flowmeter. Recently, a current-sensing flowmeter was introduced to obtain measurements with high temporal resolution (Ahn et $al.^{(1)}$). In this study, current-sensing flowmeter theory was applied to measure the fast velocity transients in slug flows. To do this, the velocity fields of axisymmetric gas-liquid slug flow in a vertical pipe were obtained using Volume-of-Fluid (VOF) method and the virtual potential distributions for the electrodes of finite size were also computed using the finite volume method for the simulated slug flow. The output signal prediction for slug flow was carried out from the velocity and virtual potential (or weight function) fields. The flowmeter was numerically calibrated to obtain the cross-sectional liquid mean velocity at an electrode plane from the predicted output signal. Two calibration parameters are required for this procedure: a flow pattern coefficient and a localization parameter. The flow pattern coefficient was defined by the ratio of the liquid resistance between the electrodes for two-phase flow with respect to that for single-phase flow, and the localization parameter was introduced to avoid errors in the flowmeter readings caused by liquid acceleration or deceleration around the electrodes. These parameters were also calculated from the computed velocity and virtual potential fields. The results can be used to obtain the liquid mean velocity from the slug flow signal measured by a current-sensing flowmeter.
Kim, Dong Jin;Kim, Sun Young;You, Young Jun;Rhee, Key Pyo;Kim, Seong Hwan;Kim, Yeon Gyu
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.1
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pp.161-177
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2013
High-speed vessels require good resistance and seakeeping performance for safe operations in rough seas. The resistance and seakeeping performance of high-speed vessels varies significantly depending on their hull forms. In this study, three planing hulls that have almost the same displacement and principal dimension are designed and the hydrodynamic characteristics of those hulls are estimated by high-speed model tests. All model ships are deep-V type planing hulls. The bows of no.2 and no.3 model ships are designed to be advantageous for wave-piercing in rough water. No.2 and no.3 model ships have concave and straight forebody cross-sections, respectively. And length-to-beam ratios of no.2 and no.3 models are larger than that of no.1 model. In calm water tests, running attitude and resistance of model ships are measured at various speeds. And motion tests in regular waves are performed to measure the heave and pitch motion responses of the model ships. The required power of no.1 (VPS) model is smallest, but its vertical motion amplitudes in waves are the largest. No.2 (VWC) model shows the smallest motion amplitudes in waves, but needs the greatest power at high speed. The resistance and seakeeping performance of no.3 (VWS) model ship are the middle of three model ships, respectively. And in regular waves, no.1 model ship experiences 'fly over' phenomena around its resonant frequency. Vertical accelerations at specific locations such as F.P., center of gravity of model ships are measured at their resonant frequency. It is necessary to measure accelerations by accelerometers or other devices in model tests for the accurate prediction of vertical accelerations in real ships.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.29
no.6
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pp.1403-1412
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2019
Effect of damage and loss cost for downtime is huge, if physical devices such as turbines, pipe, and storage tanks are in the abnormal state originated from not only aging, but also cyber attacks on the control and monitoring system like PLC (Programmable Logic Controller). To improve availability and dependability of the physical devices, we design and implement an indirect health monitoring system which sense temperature, acceleration, current, etc. indirectly, and put sensor data into Influx DB in real-time. Then, the actual performance of detecting abnormal state is shown using the indirect health monitoring system. Analyzing data are acquired using the real-time indirect health monitoring system, abnormal state and security threats can be double-monitored and lower maintenance cost utilizing prognostics and health management.
Burton, Melissa D.;Kwok, Kenny C.S.;Hitchcock, Peter A.
Wind and Structures
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v.14
no.6
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pp.517-536
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2011
The assessment of wind-induced motion plays an important role in the development and design of the majority of today's structures that push the limits of engineering knowledge. A vital part of the design is the prediction of wind-induced tall building motion and the assessment of its effects on occupant comfort. Little of the research that has led to the development of the various international standards for occupant comfort criteria have considered the effects of the low-frequency motion on task performance and interference with building occupants' daily activities. It has only recently become more widely recognized that it is no longer reasonable to assume that the level of motion that a tall building undergoes in a windstorm will fall below an occupants' level of perception and little is known about how this motion perception could also impact on task performance. Experimental research was conducted to evaluate the performance of individuals engaged in a manual tracking task while subjected to low level vibration in the frequency range of 0.125 Hz-0.50 Hz. The investigations were carried out under narrow-band random vibration with accelerations ranging from 2 milli-g to 30 milli-g (where 1 milli-g = 0.0098 $m/s^2$) and included a control condition. The frequencies and accelerations simulated are representative of the level of motion expected to occur in a tall building (heights in the range of 100 m -350 m) once every few months to once every few years. Performance of the test subjects with and without vibration was determined for 15 separate test conditions and evaluated in terms of time taken to complete a task and accuracy per trial. Overall, the performance under the vibration conditions did not vary significantly from that of the control condition, nor was there a statistically significant degradation or improvement trend in performance ability as a function of increasing frequency or acceleration.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.26
no.12
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pp.133-142
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2021
Travel pattern recognition is widely used in many aspects such as user trajectory query, user behavior prediction, interest recommendation based on user location, user privacy protection and municipal transportation planning. Because the current recognition accuracy cannot meet the application requirements, the study of travel pattern recognition is the focus of trajectory data research. With the popularization of GPS navigation technology and intelligent mobile devices, a large amount of user mobile data information can be obtained from it, and many meaningful researches can be carried out based on this information. In the current travel pattern research method, the feature extraction of trajectory is limited to the basic attributes of trajectory (speed, angle, acceleration, etc.). In this paper, permutation entropy was used as an eigenvalue of trajectory to participate in the research of trajectory classification, and also used as an attribute to measure the complexity of time series. Velocity permutation entropy and angle permutation entropy were used as characteristics of trajectory to participate in the classification of travel patterns, and the accuracy of attribute classification based on permutation entropy used in this paper reached 81.47%.
For the implementation of a smart factory, it is necessary to collect data by connecting various sensors and devices in the manufacturing environment and to diagnose or predict failures in production facilities through data analysis. In this paper, to predict the residual useful lifetime of milling insert used for machining products in CNC machine, weight k-NN algorithm, Decision Tree, SVR, XGBoost, Random forest, 1D-CNN, and frequency spectrum based on vibration signal are investigated. As the results of the paper, the frequency spectrum does not provide a reliable criterion for an accurate prediction of the residual useful lifetime of an insert. And the weighted k-nearest neighbor algorithm performed best with an MAE of 0.0013, MSE of 0.004, and RMSE of 0.0192. This is an error of 0.001 seconds of the remaining useful lifetime of the insert predicted by the weighted-nearest neighbor algorithm, and it is considered to be a level that can be applied to actual industrial sites.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
In South Korea, following the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang earthquakes, the need for earthquake disaster prevention has been increasing. Reliable techniques for probabilistic seismic hazard analysis and ground motion models are required for quantifying earthquake damage. Recently, there has been growing demand for deep underground facilities, necessitating accurate quantification techniques for earthquake damage in deep underground. In this study, ground motion models within rock were proposed using ground motion data measured at borehole seismic stations. A regression analysis, a type of empirical technique, was applied to 17 periods selected in a range from 0.01 to 10 s of spectral accelerations to develop the ground motion models. Residual analysis was performed to evaluate and improve the prediction performance of the ground motion model, with correction factors added to the model equation. When applying the proposed model, the group means of residuals approached zero, and the standard deviation of total residuals, similar to existing models proposed in other countries, confirmed the reliability of the proposed model.
Park, Je-Jin;Oh, Young-Wook;Kang, Jeong-Gyu;Ha, Tae-Jun
Journal of Korean Society of Transportation
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v.26
no.3
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pp.187-197
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2008
While driving a highway, A driver gets lots of information through geometrical structure, traffic situation, signs on the road. He gets most of the information by visual sense. Acceleration or deceleration and driving direction depend on sight distance. Therefore, it's essential to secure a driver's sight distance for a safe drive. However, design guides of geometrical structure and sight distance suggest respective standards of horizontal and vertical alignment. They do not indicate quantitative standard of combined alignment. Currently, element separated on a two-dimensional projected plane are available, but they do not guarantee safe and pleasant design. I will use the existent model analysing three-dimensional sight distance through mathematical calculation and sort a variety of geometrical structure element and type. In these researches, we will look at how much three-dimensional sight distance is overestimated or underestimated compared to two-dimensional. I will develop a program which predicts traffic velocity on the curvature of two-lane provincial road. stopped sight distance and three-dimensional sight distance will be compared at a predicted drive velocity. I will suggest the way to evaluate road consistency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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