International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.2
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pp.9-16
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2003
Piezoelectric materials are widely used to construct smart or adaptive structures. Although extensive efforts have been devoted to the analysis of piezoelectric materials in recent years, most researches have been conducted by assuming that the material properties are fixed and have no uncertainties. Intrinsically, material properties have a certain amount of scatter and such uncertainties can affect the performance of component. In this paper, the convex modeling is used to consider such uncertainties in calculating the crack extension force of piezoelectric material and the results are compared with the one obtained via the Monte Carlo simulation. Numerical results show that crack extension forces increase when uncertainties considered, which indicates that such uncertainties should not be ignored for reliable lifetime prediction. Also, the results obtained by the convex modeling and the Monte Carlo simulation show good agreement, which demonstrates the effectiveness of the convex modeling.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.49-54
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2007
Structural integrity assessment technique for pavement system is studied considering the uncertainties among the material properties. The artificial neural networks technique is applied for the inverse analysis to estimate the elastic modulus based on the measured deflections from the FWD test. A computer code based on the spectral element method was developed for the accurate and fast analysis of the multi-layered soil structures, and the developed program was used for generating the training and testing patterns for the neural network. Neural networks was applied to estimate the elastic modulus of pavement system using the maximum deflections with and without the uncertainties in the material properties. It was found that the estimation results by the conventiona1 neural networks were very poor when there exist the uncertainties and the estimation results could be significantly improved by adopting the proposed method for generating training patterns considering the uncertainties among material properties.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.369-380
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2001
Although extensive efforts have been devoted to the optimal design of composite laminated plates in recent years, some practical issues still need further research. Two of them are: the handling of the ply angle as either continuous or discrete; and that of the uncertainties in material properties, which were treated as continuous and ignored respectively in most researches in the past. In this paper, an algorithm for stacking sequence optimization which deals with discrete ply angles and that for thickness optimization which considers uncertainties in material properties are used for a two step optimization of composite laminated plates. In the stacking sequence optimization, the branch and bound method is modified to handle discrete variables; and in the thickness optimization, the convex modeling is used in calculating the failure criterion, given as constraint, to consider the uncertain material properties. Numerical results show that the optimal stacking sequence is found with fewer evaluations of objective function than expected with the size of feasible region taken into consideration; and the optimal thickness increases when the uncertainties of elastic moduli considered, which shows such uncertainties should not be ignored for safe and reliable designs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.259-268
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2000
Because of their superior mechanical properties to isotropic materials, composite laminated plates are used for many structural applications that require high stiffness-to-weight and strength-to-weight ratios. Composite materials are always subject to a certain amount of scatter in their elastic moduli, but most analyses and designs with the materials are usually conducted by assuming that the material properties are fixed and have no uncertainties. In this paper, a convex modeling approach is introduced to take account of such uncertainties in elastic moduli. It is used with the finite element method to predict the onset of failures in composite laminated plates subject to in-plane loading. Numerical results show that failures begin at the smaller load when the uncertainties of elastic moduli considered and therefore, such uncertainties should be considered at the design stage for the safety and reliability of the structures.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.11a
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pp.169-172
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2000
Although extensive efforts have been devoted to the optimal design of composite laminated plates in recent years, some practical issues still need further research. One of them is the handling of the uncertainties in material properties, which were ignored in most researches in the past. In this paper, the convex modeling is used in calculating the failure criterion, given as constraint, to consider the uncertain material properties in the thickness optimization. Numerical results show that the optimal thickness increases when the uncertainties of elastic moduli considered, which shows such uncertainties should not be ignored for safe and reliable designs.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.2
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pp.133-149
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2022
The design of a wooden impact limiter equipped to a transportation cask for radioactive materials was optimized. According to International Atomic Energy Agency Safety Standards, 9 m drop tests should be performed on the transportation cask to evaluate its structural integrity in a hypothetical accident condition. For impact resistance, the size of the impact limiter should be properly determined for the impact limiter to absorb the impact energy and reduce the impact force. Therefore, the design parameters of the impact limiter were optimized to obtain a feasible optimal design. The design feasibility criteria were investigated, and several objectives were defined to obtain various design solutions. Furthermore, a probabilistic approach was introduced considering the uncertainties included in an engineering system. The uncertainty of material properties was assumed to be a random variable, and the probabilistic feasibility, based on the stochastic approach, was evaluated using reliability. Monte Carlo simulation was used to calculate the reliability to ensure a proper safety margin under the influence of uncertainties. The proposed methodology can provide a useful approach for the preliminary design of the impact limiter prior to the detailed design stage.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.401-406
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2003
This paper deals with stress analysis of single-lap adhesive joints which have uncertain material properties. Basically, material properties have a certain amount of scatter and such uncertainties can affect the performance of joints. In this paper, the convex modeling is introduced to consider such uncertainties in calculating peel and shear stress of adhesive joints and the results are compared with those from the Monte Carlo simulation. Numerical results show that stresses increase when uncertainties considered, which indicates that such uncertainties should not be ignored for estimation of structural safety. Also, the results obtained by the convex modeling and the Monte Carlo simulation show good agreement, which demonstrates the effectiveness of convex modeling.
This study shows how uncertainties of data like material properties quantitatively have an influence on structural topology optimization results for dynamic problems, here such as both optimal topology and shape. In general, the data uncertainties may result in uncertainties of structural behaviors like deflection or stress in structural analyses. Therefore optimization solutions naturally depend on the uncertainties in structural behaviors, since structural behaviors estimated by the structural analysis method like FEM need to execute optimization procedures. In order to quantitatively estimate the effect of data uncertainties on topology optimization solutions of dynamic problems, a so-called interval analysis is utilized in this study, and it is a well-known non-stochastic approach for uncertainty estimate. Topology optimization is realized by using a typical SIMP method, and for dynamic problems the optimization seeks to maximize the first-order eigenfrequency subject to a given material limit like a volume. Numerical applications topologically optimizing dynamic wall structures with varied supports are studied to verify the non-stochastic interval analysis is also suitable to estimate topology optimization results with dynamic problems.
This paper presents a fuzzy finite element model for the analysis of structures in the presence of multiple uncertainties. A new methodology to evaluate the cumulative effect of multiple uncertainties on structural response is developed in the present work. This is done by modifying Muhanna's approach for handling single uncertainty. Uncertainty in load and material properties is defined by triangular membership functions with equal spread about the crisp value. Structural response is obtained in terms of fuzzy interval displacements and rotations. The results are further post-processed to obtain interval values of bending moment, shear force and axial forces. Membership functions are constructed to depict the uncertainty in structural response. Sensitivity analysis is performed to evaluate the relative sensitivity of displacements and forces to uncertainty in structural parameters. The present work demonstrates the effectiveness of fuzzy finite element model in establishing sharp bounds to the uncertain structural response in the presence of multiple uncertainties.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.219-226
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2003
The structures have intrinsic uncertainties in analysis/design parameters contrary to the assumptions of perfect constant over the structural domain. The material and geometrical parameters are the exemplary ones. The influences of uncertainties in Young's modulus, which are the representative random design variables, on the structural response have been the center of focus in the realm of stochastic analysis. In this study, a formulation to obtain the response variability due to the randomness in the Poisson's ratio is given. In that the previous researches in the literature deal with the response variability due mainly to the uncertainty in the elastic modulus, with the results of this research, it can be asserted to obtain the response variability taking into consideration of uncertainties in all the material constants becomes possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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