In the reliability-based design optimization of electromagnetic devices, the accurate and efficient reliability assessment method is very essential. The first-order sensitivity-assisted Monte Carlo Simulation is proposed in the former research. In order to improve its accuracy for wide application, in this paper, the second-order sensitivity analysis is presented by using the hybrid direct differentiation-adjoint variable method incorporated with the finite element method. By combining the second-order sensitivity with the Monte Carlo Simulation method, the second-order sensitivity-assisted Monte Carlo Simulation algorithm is proposed to implement reliability calculation. Through application to one superconductor magnetic energy storage system, its accuracy is validated by comparing calculation results with other methods.
This paper aims to conduct the reliability-based assessment of the welded joint in the orthotropic steel bridge deck by use of a mesh-insensitive structural stress (MISS) method, which is an effective numerical procedure to determine the reliable stress distribution adjacent to the weld toe. Both the solid element model and the shell element model are first established to investigate the sensitivity of the element size and the element type in calculating the structural stress under different loading scenarios. In order to achieve realistic condition assessment of the welded joint, the probabilistic approach based on the structural reliability theory is adopted to derive the reliability index and the failure probability by taking into account the uncertainties inherent in the material properties and load conditions. The limit state function is formulated in terms of the structural resistance of the material and the load effect which is described by the structural stress obtained by the MISS method. The reliability index is computed by use of the first-order reliability method (FORM), and compared with a target reliability index to facilitate the safety assessment. The results achieved from this study reveal that the calculation of the structural stress using the MISS method is insensitive to the element size and the element type, and the obtained structural stress results serve as a reliable basis for structural reliability analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2201-2210
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2002
The accurate analysis of ultrasonic wave propagation and scattering plays an important role in many aspects of nondestructive evaluation. A numerical analysis makes it possible to perform parametric studies, and in this way the probability of detection and reliability of test results can be improved. In this paper, a finite element method was employed for the analysis of ultrasonic wave propagation in anisotropic materials, and the accuracy of results was checked by comparing with analytical predictions. The element size and the integral time step, which are the critical components for the convergence of finite element solutions, were determined using a commercial finite element code. Some differences for wave propagation in anisotropic media were illustrated when plane waves are propagating in a unidirectionally reinforced composite materials. When plane waves are propagating in nonsymmetric directions in a symmetric plane, deviation angles between the wave vector and the energy vector were found from finite element analyses and the results agreed well with analytical calculations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.42-49
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2001
In this paper the efficient finite element for stress analysis of plane stress/strain problems is proposed. This element is achieved by adding the bubble-mode function to 8-node element. The stiffness matrix of the element is calculated by using modified numerical integration order to avoid spurious zero energy mode. In order to demonstrate the performance of this element numerical tests for various verification problems are carried out. The results of numerical tests show accuracy and reliability of the element presented in this paper.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.241-250
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1991
The reliability analysis for web frame of tanker is carried out by the probabilistic finite element method combined with the classical reliability method such as MVFOSM and AFOSM which can be used for calculating the probability of failure for the complicated structures in which the limit state equation is implicitly expressed. As random variables external load, elastic modulus, sectional moment of inertia and field stress are chosen and Parkinson's iteration algorithm in AFOSM is used for reliability analysis. By adding only the covariance data of the random variables to the input data set required for conventional finite element method, the present method can easily calculate the probability of failure at every element end as well as the covariances of structural reponses such as displacements at every element end and member forces at every element, even for the complicated ship structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.1-10
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2004
Adaptive finite element analysis, in which its solution error meets with the user defined allowable error, is recently used to improve the reliability of finite element analysis results. This adaptive analysis is composed of two procedures; one is the error estimation of an analysis result and the other is the reconstruction of finite elements. In the (p-method, an element size is controlled by relocating of nodal positions (r-method) and the order of an element shape function is determined by the hierarchical polynomial (p-method) corresponding to the clement solution error by the enhanced SPR. In order to show the effectiveness and the accuracy of the suggested rp-method, various numerical examples were analyzed and these analysis results were examined by comparing with those obtained by the existed methods.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.4
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pp.14-20
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2008
Fatigue fracture of engine connecting-rod bolts is encountered frequently during the developement of high-speed engines. Only the engine dyno test is a currently reliable fatigue durability assessment method. It is because the available rig tests cannot mimic the engine running condition completely, and because the finite element analysis cannot provide realistic stresses near the bolt thread that is modeled as a cylinder. This paper introduces a methodology to assess the fatigue durability of the connecting-rod bolts using the finite element analysis. The methods to contruct the bolt model, to extract the critical bolt stresses for the fatigue analysis, and to obtain the bolt fatigue endurance limit experimentally are discussed. Reliability of the method is verified indirectly.
Gharaei, Amin;Rabieyan-Najafabadi, Hamid;Nejatbakhsh, Hossein;Ghasemi, Ahmad Reza
Advances in Computational Design
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v.7
no.1
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pp.69-79
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2022
In this research, the aeroelastic instability of a tail section manufactured from aluminum isotropic material with different shell thickness investigated. For this purpose, the two degrees of freedom flutter analytical approach are used, which is accompanied with simulation by finite element analysis. Using finite element analysis, the geometry parameters such as the center of mass, the aerodynamic center and the shear center are determined. Also, by simulation of finite element method, the bending and torsional stiffnesses for various thickness of the airfoil section are determined. Furthermore, using Lagrange's methods the equations of motion are derived and modal frequency and critical torsional/bending modes are discussed. The results show that with increasing the thickness of the isotropic airfoil section, the flutter and divergence speeds increased. Compared of the obtained results with other research, indicates a good agreement and reliability of this method.
An efficient and accurate algorithm is proposed to evaluate the reliability of cable-stayed bridges accounting for soil-pile interaction. The proposed algorithm integrates the finite-element method and the response surface method. The finite-element method is used to model the cable-stayed bridge including soil-pile interaction. The reliability index is evaluated based on the response surface method. Uncertainties in the superstructure, the substructure and load parameters are incorporated in the proposed algorithm. A long span steel cable-stayed bridge with a main span length of 1088 m built in China is considered as an illustrative example. The reliability of the bridge is evaluated for the strength and serviceability performance functions. Results of the study show that when strength limit states for both girder and tower are considered, soil-pile interaction has significant effects on the reliability of steel cable-stayed bridges. Further, a detailed sensitivity study shows that the modulus of subgrade reaction is the most important soil-pile interaction-related parameter influencing the reliability of steel cable-stayed bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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