Geotechnical engineering problems are characterized by many sources of uncertainty. Some of these sources are connected to the uncertainties of soil properties involved in the analysis. In this paper, a numerical procedure for a probabilistic analysis that considers the spatial variability of soil properties is presented to study the response of spatially random soil. The approach integrates a commercial finite difference method and random field theory into the framework of a probabilistic analysis. Two-dimensional non-Gaussian random fields are generated based on a Karhunen-$Lo{\grave{e}}ve$ expansion in a fashion consistent with a specified marginal distribution function and an autocorrelation function. A Monte Carlo simulation is then used to determine the statistical response based on the random fields. A series of analyses were performed to study the effects of uncertainty due to the spatial heterogeneity on the settlement and bearing capacity of a rough strip footing. The simulations provide insight into the application of uncertainty treatment to the geotechnical problem and show the importance of the spatial variability of soil properties with regard to the outcome of a probabilistic assessment.
This article covenants with the post buckling witticism of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) beam supported with an elastic foundation in thermal atmospheres with arbitrary assumed random system properties. The arbitrary assumed random system properties are be modeled as uncorrelated Gaussian random input variables. Unvaryingly distributed (UD) and functionally graded (FG) distributions of the carbon nanotube are deliberated. The material belongings of CNTRC beam are presumed to be graded in the beam depth way and appraised through a micromechanical exemplary. The basic equations of a CNTRC beam are imitative constructed on a higher order shear deformation beam (HSDT) theory with von-Karman type nonlinearity. The beam is supported by two parameters Pasternak elastic foundation with Winkler cubic nonlinearity. The thermal dominance is involved in the material properties of CNTRC beam is foreseen to be temperature dependent (TD). The first and second order perturbation method (SOPT) and Monte Carlo sampling (MCS) by way of CO nonlinear finite element method (FEM) through direct iterative way are offered to observe the mean, coefficient of variation (COV) and probability distribution function (PDF) of critical post buckling load. Archetypal outcomes are presented for the volume fraction of CNTRC, slenderness ratios, boundary conditions, underpinning parameters, amplitude ratios, temperature reliant and sovereign random material properties with arbitrary system properties. The present defined tactic is corroborated with the results available in the literature and by employing MCS.
Reliability analysis is a probabilistic approach to determine a safety level of a system. Reliability is defined as a probability of a system (or a structure, in structural engineering) to functionally perform under given conditions. In the 1960s, Basler defined the reliability index as a measure to elucidate the safety level of the system, which until today is a commonly used parameter. However, the reliability index has been formulated based on the pivotal assumption which assumed that the considered limit state function is normally distributed. Nevertheless, it is not guaranteed that the limit state function of systems follow as normal distributions; therefore, there is a need to define a new reliability index for no-normal distributions. The main contribution of this paper is to define a sophisticated reliability index for limit state functions which their distributions are non-normal. To do so, the new definition of reliability index is introduced for non-normal limit state functions according to the probability functions which are calculated based on the convolution theory. Eventually, as the state of the art, this paper introduces a simplified method to calculate the reliability index for non-normal distributions. The simplified method is developed to generate non-normal limit state in terms of normal distributions using series of Gaussian functions.
The main objective of this research work is to investigate the free vibration behavior of annular sandwich plates resting on the Kerr foundation at thermal conditions. This sandwich configuration is composed of two FGM face sheets as coating layer and a porous GPLRC (GPL reinforced composite) core. It is supposed that the GPL nanofillers and the porosity coefficient vary continuously along the core thickness direction. To model closed-cell FG porous material reinforced with GPLs, Halpin-Tsai micromechanical modeling in conjunction with Gaussian-Random field scheme is used, while the Poisson's ratio and density are computed by the rule of mixtures. Besides, the material properties of two FGM face sheets change continuously through the thickness according to the power-law distribution. To capture fundamental frequencies of the annular sandwich plate resting on the Kerr foundation in a thermal environment, the analysis procedure is with the aid of Reddy's shear-deformation plate theory based high-order shear deformation plate theory (HSDT) to derive and solve the equations of motion and boundary conditions. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using the generalized differential quadrature (GDQ) method in the spatial domain. Numerical results are compared with those published in the literature to examine the accuracy and validity of the present approach. A parametric solution for temperature variation across the thickness of the sandwich plate is employed taking into account the thermal conductivity, the inhomogeneity parameter, and the sandwich schemes. The numerical results indicate the influence of volume fraction index, GPLs volume fraction, porosity coefficient, three independent coefficients of Kerr elastic foundation, and temperature difference on the free vibration behavior of annular sandwich plate. This study provides essential information to engineers seeking innovative ways to promote composite structures in a practical way.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.5
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pp.724-729
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2008
This paper presents the calculation of the required bandwidth of common frequency bandwidth applying queueing theory for maximizing the efficiency of frequency resource of WPAN(Wireless Personal Area Network) based Digital acoustic and communication devices. It assumed that LBT device(ZigBee) and FH devices (DCP, RFID and Bluetooth) coexist in the common frequency band for WPAN based Digital acoustic and communication devices. Frequency hopping (FH) and listen before talk (LBT) have been used for interference avoidance in the short range device (SRD). The LBT system transmits data after searching for usable frequency bandwidth in the radio wave environment. However, the FH system transmits data without searching for usable frequency bandwidth. The queuing theory is employed to model the FH and LBT system, respectively. As a result, the throughput for each channel was analyzed by processing the usage frequency and the interval of service time for each channel statistically. When common frequency bandwidth is shared with SRD using 250mW, it was known that about 35 channels were required at the condition of throughput 84%, which was determined with the input condition of Gaussian distribution implying safety communication. Therefore, the common frequency bandwidth is estimated with multiplying the number of channel by the bandwidth per channel. These methodology will be useful for the efficient usage of frequency bandwidth.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.11-22
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1987
A plane buoyant jet discharged vertically upward into a crossflow is analyzed by numerical solution of the governing equations of continuity, momentum and constituent transport. The turbulent transport is modelled by the Prandtl's mixing length theory. In the numerical solution procedure, the governing equations are transformed by stream function and vorticity transport, non-dimensionalyzed by discharge velocity, slot width, and parameters representing flow characteristics, and solved by Gauss-Seidel iteration method with successive underrelaxation. The numerical experiments were performed for the region of established flow of buoyant jet in the range of discharge densimetric Froude number of 4 to 32 and in the range of velocity ratio of 8 to 15, which is the ratio of discharge velocity to crossflow velocity. Variations of velocities and temperatures, flow patterns and vorticity patterns of receiving water due to buoyant jet were investigated. Also investigated are the effects of velocity ratio and discharge densimetric Froude number on the trajectories of buoyant jet. Computed are velocities, temperatures and local densimetric Froude numbers along the trajectory of the buoyant jet. Spreading rate and dispersion ratio were analyzed in terms of discharge densimetric Froude number, local densimetric Froude number and distance from the source along the jet trajectory. It was noted that the similarity law holds in both the profiles of velocity and temperatures across the jet trajectory and the integral type analysis of Gaussian distribution is applicable.
In this paper, we proposed new methods for estimation of time delay and time-frequency delay in impulsive noise environment. The proposed methods are developed using the theory of ${\alpha}-stable$ distribution, including the fractional negative order moment(FNOM) and minimum dispersion(MD), which are formulated for the time delay estimation and the fractional negative order ambiguity function and complex minimum dispersion, which are difined for the joint estimation of time delay and frequency delay. Through simulation work, its performance was compared with various other algorithms. As a result, while the conventional approaches based on second-order statistics are only verified in Gaussian noise environent ($S{\alpha}S$ noise with ${\alpha}$=2) and also the recently proposed robust methods by Nikias[7] are verified only in limited impulse noise ($S{\alpha}S$ noise with the range of $1<{\alpha}{\le}2$), the methods proposed are able to estimate the time delay in Gaussian and any impulsive noise environments($S{\alpha}S$ noise with the range of $0<{\alpha}{\le}2$).
Finite element analysis is one of the important methods to study the structural performance. Due to the simplification, discretization and error of structural parameters, numerical model errors always exist. Besides, structural characteristics may also change because of material aging, structural damage, etc., making the initial finite element model cannot simulate the operational response of the structure accurately. Based on Bayesian methods, the initial model can be updated to obtain a more accurate numerical model. This paper presents the work on the field test, modal identification and model updating of a Chinese reinforced concrete pagoda. Based on the ambient vibration test, the acceleration response of the structure under operational environment was collected. The first six translational modes of the structure were identified by the enhanced frequency domain decomposition method. The initial finite element model of the pagoda was established, and the elastic modulus of columns, beams and slabs were selected as model parameters to be updated. Assuming the error between the measured mode and the calculated one follows a Gaussian distribution, the posterior probability density function (PDF) of the parameter to be updated is obtained and the uncertainty is quantitatively evaluated based on the Bayesian statistical theory and the Metropolis-Hastings algorithm, and then the optimal values of model parameters can be obtained. The results show that the difference between the calculated frequency of the finite element model and the measured one is reduced, and the modal correlation of the mode shape is improved. The updated numerical model can be used to evaluate the safety of the structure as a benchmark model for structural health monitoring (SHM).
Sung Kwon Ahn;Dae Sang Kim;Yun Suk Kang;Tae-Hoon Kim
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.5
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pp.543-553
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2024
There has been increased interest, media coverage, and debate over constructing new underground structures to replace existing at-grade rail tracks. This new scheme aims to free up space to provide cities with room for more housing with green amenities. Due to urbanisation, tunnel engineers have encountered greenfield ground conditions in cities on only a few occasions. However, the new scheme provides opportunities to investigate a unique scenario where new tunnels are driven parallel to the existing rail tracks on the surface with little ground cover in soft ground. This paper presents findings obtained from a semi-empirical approach that aims to investigate the likely track irregularity associated with tunnelling-induced ground movements. This paper presents contour maps that show track rotation according to the relative position of the new tunnel and existing rail tracks. Tunnel engineers would consult these maps for their tunnel route design for the scheme.
A numerical procedure is described for estimating the effects of the multi-directional irregular waves on the structural responses of the Tension Leg Platform (TLP). The numerical approach is based on a three dimensional source distribution method for hydrodynamic forces, a three dimensional frame analysis method for structural responses, in which the superstructure of TLP is assumed to be flexible instead of rigid. Hydrodynamic and hydrostatic forces on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in structural analysis. The spectral description used in spectral analysis of directional waves for the linear system of a TLP in the frequency domain is sufficient to completely define the structural responses. This is due to both the wave inputs and responses are stationary Gaussian random process of which the statistical properties in the amplitude domain are well known. The numerical results for the linear motion responses and tension variations in regular waves are compared with the experimental and numerical ones, which are obtained in Yoshida et al.(1983). The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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