For engineering, there are two major challenges in reliability analysis. First, to ensure the accuracy of simulation results, mechanical products are usually defined implicitly by complex numerical models that require time-consuming. Second, the mechanical products are fortunately designed with a large safety margin, which leads to a low failure probability. This paper proposes an efficient and high-precision adaptive active learning algorithm based on the Kriging surrogate model to deal with the problems with low failure probability and time-consuming numerical models. In order to solve the problem with multiple failure regions, the adaptive kernel-density estimation is introduced and improved. Meanwhile, a new criterion for selecting points based on the current Kriging model is proposed to improve the computational efficiency. The criterion for choosing the best sampling points considers not only the probability of misjudging the sign of the response value at a point by the Kriging model but also the distribution information at that point. In order to prevent the distance between the selected training points from too close, the correlation between training points is limited to avoid information redundancy and improve the computation efficiency of the algorithm. Finally, the efficiency and accuracy of the proposed method are verified compared with other algorithms through two academic examples and one engineering application.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.10
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pp.551-557
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2016
Fusing satellite images and site-specific observations have potential to improve a predictive quality of environmental properties. However, the effect of the utilization of satellite images to predict soil properties in a wetland is still poorly understood. For the reason, block kriging and regression kriging were applied to a natural wetland, Water Conservation Area-2A in Florida, to compare the accuracy improvement of continuous models predicting total phosphorus in soils. Field observations were used to develop the soil total phosphorus prediction models. Additionally, the spectral data and derived indices from Landsat ETM+, which has 30 m spatial resolution, were used as independent variables for the regression kriging model. The block kriging model showed $R^2$ of 0.59 and the regression kriging model showed $R^2$ of 0.49. Although the block kriging performed better than the regession kriging, both models showed similar spatial patterns. Moreover, regression kriging utilizing a Landsat ETM+ image facilitated to capture unique and complex landscape features of the study area.
The distribution characteristics of tidal flat sediment components are used as an essential data for coastal environment analysis and environmental impact assessment. Therefore, a reliable classification map of surface sedimentary facies is essential. This study evaluated the applicability of regression kriging to generate a classification map of the sedimentary facies of tidal flats. For this aim, various factors such as the number of field survey data and remote sensing-based auxiliary data, the effect of regression models on regression kriging, and the comparison with other prediction methods (univariate kriging and regression analysis) on surface sedimentary facies classification were investigated. To evaluate the applicability of regression kriging, a case study using unmanned aerial vehicle (UAV) data was conducted on the Hwang-do tidal flat located at Anmyeon-do, Taean-gun, Korea. As a result of the case study, it was most important to secure an appropriate amount of field survey data and to use topographic elevation and channel density as auxiliary data to produce a reliable tidal flat surface sediment facies classification map. In addition, regression kriging, which can consider detailed characteristics of the sediment distributions using ultra-high resolution UAV data, had the best prediction performance compared to other prediction methods. It is expected that this result can be used as a guideline to produce the tidal flat surface sedimentary facies classification map.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.602-607
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2008
A technique for reliability-based design optimization(RBDO) is developed based on the Bayesian approach, which can deal with the epistemic uncertainty arising due to the limited number of data. Until recently, the conventional RBDO was implemented mostly by assuming the uncertainty as aleatory which means the statistical properties are completely known. In practice, however, this is not the case due to the insufficient data for estimating the statistical information, which makes the existing RBDO methods less useful. In this study, a Bayesian reliability is introduced to take account of the epistemic uncertainty, which is defined as the lower confidence bound of the probability distribution of the original reliability. In this case, the Bayesian reliability requires double loop of the conventional reliability analyses, which can be computationally expensive. Kriging based dimension reduction method(KDRM), which is a new efficient tool for the reliability analysis, is employed to this end. The proposed method is illustrated using a couple of numerical examples.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.849-856
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2006
This paper is to examine the applicability of ordinary Kriging interpolation(OK) to the p-adaptivity of the finite element analysis that is based on variogram. In the p-refinement, the analytical domain has to be refined automatically to obtain an acceptable level of accuracy by increasing the p-level non-uniformly or selectively. In case of non-uniform p-distribution, the continuity between elements with different polynomial orders is achieved by assigning zero higher-order derivatives associated with the edge in common with the lower-order derivatives. It is demonstrated that the validity of the proposed approach by analyzing results for stress singularity problem.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.1-12
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2006
In this study, a surrogate model is applied to multi-objective aerodynamic optimization design. For the balanced exploration and exploitation, each objective function is converted into the Expected Improvement (EI) and this value is used as fitness value in the multi-objective optimization instead of the objective function itself. Among the non-dominated solutions about EIs, additional sample points for the update of the Kriging model are selected. The present method was applied to a transonic airfoil design. Design results showed the validity of the present method. In order to obtain the information about design space, two data mining techniques are applied to design results: Analysis of Variance (ANOVA) and the Self-Organizing Map (SOM).
The present work mainly reports a significant development of a novel efficient meshfree method for vibration and buckling analysis of orthotropic plates. The plate theory with orthotropic materials is followed the Kirchhoff''s assumption in which the only deflection is field variable and approximated by the moving Kriging interpolation approach, a new technique used for constructing the shape functions. The moving Kriging technique holds the Kronecker delta property, thus it makes the method efficiently in imposing the essential boundary conditions and no special techniques are required. Assessment of numerical results is to accurately illustrate the applicability and the effectiveness of the proposed method in the class of eigenvalue problems.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.6
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pp.125-131
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2005
The purpose of this study is an optimization of gate valve made by forging method instead of welding method. In this study, we propose an optimal shape design to improve the mechanical efficiency of gate valve. In order to optimize more efficiently and reliably, the meta-modeling technique has been developed to solve such a complex problems combined with the DACE (Design and Analysis of Computer Experiments). The DACE modeling, known as the one of Kriging interpolation, is introduced to obtain the surrogate approximation model of the function. Also, we prove reliability of the DACE model's application to gate valve by computer simulations using FEM(Finite Element Method).
This paper presents comparative studies of reliability analysis and meta-modeling using the sampling method of Monte Carlo simulation for the structure design of an automatic ocean salt collector (AOSC). The thickness sizing variables of structure members are considered as random variables. Probabilistic performance functions are selected from strength performances evaluated via the finite element analysis of an AOSC. The sampling methods used in the comparative studies are simple random sampling and Sobol sequences with varied numbers of sampling. Approximation methods such as the Kriging model is applied to the meta-model generation. Reliability performances such as the probability failure and distribution are compared based on the variation of the sampling method of Monte Carlo simulation. The meta-modeling accuracy is evaluated for the Kriging model generated from the Monte Carlo simulation and Sobol sequence results. It is discovered that the Sobol sequence method is applicable to not only to the reliability analysis for the structural design of marine equipment such as the AOSC, but also to Kriging meta-modeling owing to its high numerical efficiency.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.5
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pp.538-550
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2008
Radon is an invisible, odorless, and radioactive gas. It is formed by the disintegration of radium, which is a decay product of uranium. Some amounts of radon gas and its products are present ubiquitously in the soil, water, and air. Particularly high radon levels occur in regions of high uranium content. Although radon is permeable into indoor environment not only through geological features (bed rock and permeability) but also through the construction materials and underground water, the radiation from the geological features is generally main exposure factor. So there can be a problem in a certain space such as the underground and/or relatively poor ventilation condition. In this study, a GIS technique was used in order to investigate spatial distribution of radon measured from sub- way stations of 1 thru 8 in Seoul, Korea in 1991, 1998, 2001, and 2006. Spatial analysis was applied to reproduce the radon distribution. We utilized spatial analysis techniques such as inverse distance weighted averaging (IDW) and kriging techniques which are widely used to relate between different spatial points. To validate the results from the analyses, the jackknife technique for an uncertainty test was performed. When the number of measuring sites was less than 100 and also when the number of omitted sites increased, the kriging technique was better than IDW. On the other hand, when the number of sites was over 100, IDW technique was better than kriging technique. Thus the selection of analytical tool was affected sensitives by the analysis based on the number of measuring sites.
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