This paper presents a robust and computationally efficient optimal design algorithm for electromagnetic devices by combining an adaptive response surface approximation of the objective function and($1+{\lambda}$) evolution strategy. In the adaptive response surface approximation, the design space is successively reduced with the iteration, and Pareto-optimal sampling points are generated by using Latin hypercube design with the Max Distance and Min Distance criteria. The proposed algorithm is applied to an analytic example and TEAM problem 22, and its robustness and computational efficiency are investigated.
An adaptive response surface method with Latin Hypercube sampling strategy is employed to optimize a magnet pole shape of large scale BLDC motor to minimize the cogging torque. The proposed algorithm consists of the multi-objective Pareto optimization and ($1+{\lambda}$) evolution strategy to find the global optimal points with relatively fewer sampling data. In the adaptive RSM, an adaptive sampling point insertion method is developed utilizing the design sensitivities computed by using finite element method to set a reasonable response surface with a relatively small number of sampling points. The developed algorithm is applied to the shape optimization of PM poles for 6MW BLDC motor.
An adaptive response surface method with Latin Hypercube sampling strategy is employed to optimize a magnet pole shape of large scale BLDC motor to minimize the cogging torque. The proposed algorithm consists of the multi-objective Pareto optimization and (1+${\lambda}$) evolution strategy to find the global optimal points with relatively fewer sampling data. In the adaptive RSM, an adaptive sampling point insertion method is developed utilizing the design sensitivities computed by using finite element method to get a reasonable response surface with a relatively small number of sampling points. The developed algorithm is applied to the shape optimization of PM poles for 6 MW BLDC motor, and the cogging torque is reduced to 19% of the initial one.
response surface method (RSM) is widely used to evaluate th e extremely smal probability of ocurence or toanalyze the reliability of very complicated structures. Althoug h Monte-Carlo Simulation (MCS) technique can evaluate any system, the procesing time of MCS dependson the reciprocal num ber of the probability of failure. The stochastic finite element method could solve thislimitation. However, it is limit ed to the specific program, in which the mean and coeficient o f random variables are programed by a perturbation or by a weigh ted integral method. Therefore, it is not aplicable when erequisite programing. In a few number of stage analyses, RSM can construct a regresion model from the response of the c omplicated structural system, thus, saving time and efort significantly. However, the acuracy of RSM depends on the dist ance of the axial points and on the linearity of the limit stat e functions. To improve the convergence in exact solution regardl es of the linearity limit of state functions, an improved adaptive response surface method is developed. The analyzed res ults have ben verified using linear and quadratic forms of response surface functions in two examples. As a result, the be st combination of the improved RSM techniques is determined and programed in a numerical code. The developed linear adapti ve weighted response surface method (LAW-RSM) shows the closest converged reliability indices, compared with quadratic form or non-adaptive or non-weighted RSMs.
As the classical response surface method (RSM), the polynomial RSM is so easy-to-apply that it is widely used in reliability analysis. However, the trade-off of accuracy and efficiency is still a challenge and the "curse of dimension" usually confines RSM to low dimension systems. In this paper, based on the univariate decomposition, the polynomial RSM is executed in a new mode, called as DPRSM. The general form of DPRSM is given and its implementation is designed referring to the classical RSM firstly. Then, in order to balance the accuracy and efficiency of DPRSM, its adaptive order revision around the most probable point (MPP) is proposed by introducing the univariate polynomial order analysis, noted as RDPRSM, which can analyze the exact nonlinearity of the limit state surface in the region around MPP. For testing the proposed techniques, several numerical examples are studied in detail, and the results indicate that DPRSM with low order can obtain similar results to the classical RSM, DPRSM with high order can obtain more precision with a large efficiency loss; RDPRSM can perform a good balance between accuracy and efficiency and preserve the good robustness property meanwhile, especially for those problems with high nonlinearity and complex problems; the proposed methods can also give a good performance in the high-dimensional cases.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.114-119
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2008
A refined three-dimensional finite element interaction model between the high-speed train and railway bride deck has been developed in the present study. Analytical predictions of vertical deflections for a railway bridge are compared with in-situ test results and a good agreement is achieved. Then, input variables employed in the analytical comparisons are selected as random variables for the limit state functions. followed by risk assessment. For this purpose, a linear adaptive weighted response surface method has been developed and applied. A typical railway bridge has been selected and the limit state functions are employed from UIC and Korean specifications in the comparative studies. The results reveal that Korean specifications give significantly risky reliability indices in comparison with UIC specifications. It is thus encouraged from the above that the present linear adaptive weighted response surface method can be an alternative for the fast estimation of nonlinear structural systems.
It is important to make reasonable prediction about the long-term deformation of high rockfill geostructures. However, the deformation is usually underestimated using the rockfill parameters obtained from laboratory tests due to different size effects, which make it necessary to identify parameters from in-situ monitoring data. This paper proposes a novel hybrid back-analysis method with a modified objective function defined for the time-dependent back-analysis problem. The method consists of two stages. In the first stage, an improved weighted average method is proposed to quickly narrow the search region; while in the second stage, an adaptive response surface method is proposed to iteratively search for the satisfactory solution, with a technique that can adaptively consider the translation, contraction or expansion of the exploration region. The accuracy and computational efficiency of the proposed hybrid back-analysis method is demonstrated by back-analyzing the long-term deformation of two high embankments constructed for airport runways, with the rockfills being modeled by a rheological model considering the influence of stress states on the creep behavior.
The quasi-static component of the moving vehicle-induced dynamic response is promising in damage detection as it is sensitive to bridge damage but insensitive to environmental changes. However, accurate extraction of quasi-static component from the dynamic response is challenging especially when the vehicle velocity is high. This paper proposes an adaptive quasi-static component extraction method based on the modified variational mode decomposition (VMD) algorithm. Firstly the analytical solutions of the frequency components caused by road surface roughness, high-frequency dynamic components controlled by bridge natural frequency and quasi-static components in the vehicle-induced bridge response are derived. Then a modified VMD algorithm based on particle swarm algorithm (PSO) and mutual information entropy (MIE) criterion is proposed to adaptively extract the quasi-static components from the vehicle-induced bridge dynamic response. Numerical simulations and real bridge tests are conducted to demonstrate the feasibility of the proposed extraction method. The results indicate that the improved VMD algorithm could extract the quasi-static component of the vehicle-induced bridge dynamic response with high accuracy in the presence of the road surface roughness and measurement noise.
study deals with the reliability assesment for the 5-year phases of a suspension bridge construction in Korea. The main objectives of this study are; (1) the evaluation of the reliability of a suspension bridge by considering an ultimate limit state for the fracture of main cable wires, (2) the determination of the critical phases among 28 construction stages for the deck erection, and (3) the evaluation of the reliability of the limit state for the erection control during construction stages. The research and the design of the suspension bridge have been focused on the state of construction mainly based on empirical data. Based on the recent survey of the distribution of accidents in Korean railways, over 80% of the accidents related to the uncertainties in human error, planning, design, materials and loads during construction have ben reported before the completion of construction. While many researches have evaluated the safety of bridges, the uncertainties in the construction phases have not been well treated in a guidelines or a specifications. An improved adaptive response surface method is used for the risk assessment in the construction phases of the target suspension bridge.
The Monte Carlo Simulation (MCS) based seismic fragility analysis (SFA) approach allows defining more realistic relationship between failure probability and seismic intensity. However, the approach requires simulating large number of nonlinear dynamic analyses of structure for reliable estimate of fragility. It makes the approach computationally challenging. The response surface method (RSM) based metamodeling approach which replaces computationally involve complex mechanical model of a structure is found to be a viable alternative in this regard. An adaptive moving least squares method (MLSM) based RSM in the MCS framework is explored in the present study for efficient SFA of existing structures. In doing so, the repetition of seismic intensity for complete generation of fragility curve is avoided by including this as one of the predictors in the response estimate model. The proposed procedure is elucidated by considering a non-linear SDOF system and an existing reinforced concrete frame considered to be located in the Guwahati City of the Northeast region of India. The fragility results are obtained by the usual least squares based and the proposed MLSM based RSM and compared with that of obtained by the direct MCS technique to study the effectiveness of the proposed approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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