We consider the problem of secure and robust clustering for quantized target tracking in wireless sensor networks (WSN) where the observed system is assumed to evolve according to a probabilistic state space model. We propose a new method for jointly activating the best group of candidate sensors that participate in data aggregation, detecting the malicious sensors and estimating the target position. Firstly, we select the appropriate group in order to balance the energy dissipation and to provide the required data of the target in the WSN. This selection is also based on the transmission power between a sensor node and a cluster head. Secondly, we detect the malicious sensor nodes based on the information relevance of their measurements. Then, we estimate the target position using quantized variational filtering (QVF) algorithm. The selection of the candidate sensors group is based on multi-criteria function, which is computed by using the predicted target position provided by the QVF algorithm, while the malicious sensor nodes detection is based on Kullback-Leibler distance between the current target position distribution and the predicted sensor observation. The performance of the proposed method is validated by simulation results in target tracking for WSN.
Real-time hybrid testing is an attractive method to evaluate the response of structures under earthquake loads. The method is a variation of the pseudodynamic testing technique in which the experiment is executed in real time, thus allowing investigation of structural systems with time-dependent components. Real-time hybrid testing is challenging because it requires performance of all calculations, application of displacements, and acquisition of measured forces, within a very small increment of time. Furthermore, unless appropriate compensation for time delays and actuator time lag is implemented, stability problems are likely to occur during the experiment. This paper presents an approach for real-time hybrid testing in which time delay/lag compensation is implemented using model-based response prediction. The efficacy of the proposed strategy is verified by conducting substructure real-time hybrid testing of a steel frame under earthquake loads. For the initial set of experiments, a specimen with linear-elastic behavior is used. Experimental results agree well with the analytical solution and show that the proposed approach and testing system are capable of achieving a time-scale expansion factor of one (i.e., real time). Additionally, the proposed method allows accurate testing of structures with larger frequencies than when using conventional time delay compensation methods, thus extending the capabilities of the real-time hybrid testing technique. The method is then used to test a structure with a rate-dependent energy dissipation device, a magnetorheological damper. Results show good agreement with the predicted responses, demonstrating the effectiveness of the method to test rate-dependent components.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권9호
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pp.3034-3055
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2014
Wireless Sensor Networks have extensively been utilized for ambient data collection from simple linear structures to dense tiered deployments. Issues related to optimal resource allocation still persist for simplistic deployments including linear and hierarchical networks. In this work, we investigate the case of dimensioning parameters for linear and tiered wireless sensor network deployments with notion of providing extended lifetime and reliable data delivery over extensive infrastructures. We provide a single consolidated reference for selection of intrinsic sensor network parameters like number of required nodes for deployment over specified area, network operational lifetime, data aggregation requirements, energy dissipation concerns and communication channel related signal reliability. The dimensioning parameters have been analyzed in a pipeline monitoring scenario using ZigBee communication platform and subsequently referred with analytical models to ensure the dimensioning process is reflected in real world deployment with minimum resource consumption and best network connectivity. Concerns over data aggregation and routing delay minimization have been discussed with possible solutions. Finally, we propose a node placement strategy based on a dynamic programming model for achieving reliable received signals and consistent application in structural health monitoring with multi hop and long distance connectivity.
Bantilas, Kosmas E.;Kavvadias, Ioannis E.;Vasiliadis, Lazaros K.
Earthquakes and Structures
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제13권4호
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pp.337-351
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2017
In the present study a capacity spectrum method based on constant ductility inelastic spectra to estimate the seismic performance of structures equipped with elastic viscous dampers is presented. As the definition of the structures' effective damping, due to the damping system, is necessary, an alternative method to specify the effective damping ratio ${\xi}eff$ is presented. Moreover, damping reduction factors (B) are introduced to generate high damping elastic demand spectra. Given the elastic spectra for damping ratio ${\xi}eff$, the performance point of the structure can be obtained by relationships that relate the strength demand reduction factor (R) with the ductility demand factor (${\mu}$). As such expressions that link the above quantities, known as R - ${\mu}$ - Τ relationships, for different damping levels are presented. Moreover, corrective factors (Bv) for the pseudo-velocity spectra calculation are reported for different levels of damping and ductility in order to calculate with accuracy the values of the viscous dampers velocities. Finally, to evaluate the results of the proposed method, the whole process is applied to a four-storey reinforced concrete frame structure and to a six-storey steel structure, both equipped with elastic viscous dampers.
Taiyari, Farshad;Mazzolani, Federico M.;Bagheri, Saman
Steel and Composite Structures
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제33권4호
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pp.525-535
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2019
The seismic performance of steel frames equipped with a particular type of bending dissipative braces (BDBs) having U elements, which has recently been introduced and tested by the authors, is investigated. For this purpose, two structural systems, i.e., simple and dual steel building frames, both with diagonal BDBs and different number of stories, are considered. After providing a design method of this new BDB, the detailed structural models are developed in the OpenSees platform to perform nonlinear dynamic analyses. Seismic performance factors like ductility, overstrength, response modification and deflection amplification factors are calculated using incremental dynamic analysis (IDA). In addition, to assess the damage probability of the structural models, their seismic fragilities are developed. The results show high energy dissipation capacity of both structural systems while the number of U elements needed for the bracing system of each story in the moment frames are less than those in the corresponding non-moment (simple) frames. The average response modification and deflection amplification factors for both structural schemes are obtained about 8.6 and 5.4, respectively, which are slightly larger than the corresponding recommended values of ASCE for the typical buckling-restrained braces (BRBs).
The seismic performance of a coupled shear wall system is governed by the shear resistances of its coupling beams. The plate-reinforced composite (PRC) coupling beam is a newly developed form of coupling beam that exhibits high deformation and energy dissipation capacities. In this study, the shear capacity of plate-reinforced composite coupling beams was investigated. The shear strengths of PRC coupling beams with low span-to-depth ratios were calculated using a softened strut-and-tie model. In addition, a shear mechanical model and calculating method were established in combination with a multi-strip model. Furthermore, a simplified formula was proposed to calculate the shear strengths of PRC coupling beams with low span-to-depth ratios. An analytical model was proposed based on the force mechanism of the composite coupling beam and was proven to exhibit adequate accuracy when compared with the available test results. The comparative results indicated that the new shear model exhibited more reasonable assessment accuracy and higher reliability. This method included a definite mechanical model and reasonably reflected the failure mechanisms of PRC coupling beams with low span-to-depth ratios not exceeding 2.5.
Afridi, Muhammad Idrees;Qasim, Muhammad;Khan, Ilyas
Journal of the Korean Physical Society
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제73권9호
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pp.1303-1309
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2018
In the present paper, we study the entropy analysis of boundary layer flow over a slender stretching sheet under the action of a non uniform magnetic field that is acting perpendicular to the flow direction. The effects of viscous dissipation and Joule heating are included in the energy equation. Using similarity transformation technique the momentum and thermal boundary layer equations to a system of nonlinear differential equations. Numerical solutions are obtained using the shooting and fourth-order Runge-Kutta method. The expressions for the entropy generation number and Bejan number are also obtained using a suggested similarity transformation. The main objective of this article is to investigate the effects of different governing parameters such as the magnetic parameter ($M^2$), Prandtl number (Pr), Eckert number (Ec), velocity index parameter (m), wall thickness parameter (${\alpha}$), temperature difference parameter (${\Omega}$), entropy generation number (Ns) and Bejan number (Be). All these effects are portrayed graphically and discussed in detail. The analysis reveals that entropy generation reduces with decreasing wall thickness parameter and increasing temperature difference between the stretching sheet and the fluid outside the boundary layer. The viscous and magnetic irreversibilities are dominant in the vicinity of the stretching surface.
According to several seismic design standards, a ground motion time history should be selected similar to the design response spectrum, or a ground motion time history should be modified by matching procedure to the design response spectrum through the time-domain method. For the response spectrum matching procedure, appropriate seed ground motions need to be selected to maintain recorded earthquake accelerogram characteristics. However, there are no specific criteria for selecting the seed ground motions for applying this methodology. In this study, the characteristics of ground motion time histories between seed motions and spectral matched motions were compared. Intensity measures used in the design were compared, and their change by spectral matching procedure was quantified. In addition, the seed ground motion sets were determined according to the response spectrum shape, and these sets analyzed the response of nonlinear and equivalent linear single degrees of freedom systems to present the seed motion selection conditions for spectral matching. As a result, several considerations for applying the time domain spectral matching method were presented.
The authors developed a new type of steel slit shear wall (SSSW) having the function of structural condition assessment through visually inspecting the out-of-plane deformation of the designed tapered links subjected to lateral deformation. To facilitate its practical application, this paper studies how to design dimensions of the tapered links. Two parameters, the width-to-thickness ratio of the tapered links and steel yield stress, were studied. The performance of structural condition assessment was affected by both parameters with the width-to-thickness ratio being the controlling one. Through both numerical and experimental study, the designed width-to-thickness ratio of tapered links for different levels of structural condition assessment was established considering the effect of different steel grades used. In practice, the dimensions of tapered links can be determined following the design equation provided. Finally, a design procedure for the proposed SSSW system is provided.
This paper aims to simulate the isotropic elastic damage theory of Liu Jun (2012) using the self-programmed UMAT subroutine in the interface of ABAQUS. Liu Jun (2012)'s method based on the mechanic theory can not be used interactively with the currently commonly used finite element software ABAQUS. The advantage of this method in the paper is that it can interact with ABAQUS and provide a constitutive program framework that can be modified according to user need. The model retains the two scalar damage variables and the corresponding two energy dissipation mechanisms and damage criteria for considering the tensile and compressive asymmetry of concrete. Taking C45 concrete as an example, the relevant damage evolution parameters of its tensile and compressive constitutive model are given. The study demonstrates that the uniaxial tensile stress calculated by the subroutine is almost the same as the Chinese Concrete Design Specification (GB50010) before the peak stress, but ends soon after the peak stress. The stress-strain curve of uniaxial compression calculated by the subroutine is in good agreement with the peak stress in Chinese Concrete Design Specification (GB50010), but there is a certain deviation in the descending stage. In addition, this paper uses the newly compiled subroutine to simulate the shear bearing capacity of the shear key in a new structural system, namely the open-web sandwich slab. The results show that the damage constitutive subroutine has certain reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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