Significant improvements to methodologies on structural damage detection (SDD) have emerged in recent years. However, many methods are related to inversion computation which is prone to be ill-posed or ill-conditioning, leading to low-computing efficiency or inaccurate results. To explore a more accurate solution with satisfactory efficiency, a PSO-INM algorithm, combining particle swarm optimization (PSO) algorithm and an improved Nelder-Mead method (INM), is proposed to solve multi-sample objective function defined based on Bayesian inference in this study. The PSO-based algorithm, as a heuristic algorithm, is reliable to explore solution to SDD problem converted into a constrained optimization problem in mathematics. And the multi-sample objective function provides a stable pattern under different level of noise. Advantages of multi-sample objective function and its superior over traditional objective function are studied. Numerical simulation results of a two-storey frame structure show that the proposed method is sensitive to multi-damage cases. For further confirming accuracy of the proposed method, the ASCE 4-storey benchmark frame structure subjected to single and multiple damage cases is employed. Different kinds of modal identification methods are utilized to extract structural modal data from noise-contaminating acceleration responses. The illustrated results show that the proposed method is efficient to exact locations and extents of induced damages in structures.
Harmonic/inter-harmonic detection and analysis is an important issue in power system signal processing. This paper proposes a fast algorithm based on matching pursuit (MP) sparse signal decomposition, which can be employed to extract the harmonic or inter-harmonic components of a distorted electric voltage/current signal. In the MP iterations, the method extracts harmonic/inter-harmonic components in order according to the spectrum peak. The Fast Fourier Transform (FFT) and nonlinear optimization techniques are used in the decomposition to realize fast and accurate estimation of the parameters. First, the frequency estimation value corresponding to the maxim spectrum peak in the present residual is obtained, and the phase corresponding to this frequency is searched in discrete sinusoids dictionary. Then the frequency and phase estimations are taken as initial values of the unknown parameters for Nelder-Mead to acquire the optimized parameters. Finally, the duration time of the disturbance is determined by comparing the inner products, and the amplitude is achieved according to the matching expression of the harmonic or inter-harmonic. Simulations and actual signal tests are performed to illustrate the effectiveness and feasibility of the proposed method.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1822-1829
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2006
본 연구에서는 계산된 유량과 실측 유량을 비교하여 Clark 단위도 방법의 매개변수를 추정하고자 하였다. 오산천과 진위천 상류유역에 대하여 Arcview와 WMS로 지형자료에 대한 전 처리를 한후, HEC-HMS 프로그램을 이용하여 유출량을 산정하였다. 2001년부터 2005년까지 4개의 사상에 대하여 강우량, 기흥저수지와 이동저수지의 실제 방류량을 이용하여 유출량을 산정하였으며, Clark 모형의 매개변수를 Russel 공식, Sabol 공식 및 HEC-HMS 프로그램에 내장된 Nelder-Mead 최적화 방법을 이용하여 매개변수를 각각 산정하여 회화 지점의 실측 유출량과 비교.평가하였다. 빈도가 큰 유출사상의 경우에는 Sabol 식을 적용한 결과가 Russel 식을 적용한 모의결과보다 첨두유량의 재현성이 우수하게 나타났으며, 유출량이 작은 경우에는 Russel 식을 적용한 모의결과가 우수하였다. 첨두가 중제곱평균제곱근오차, 잔차자승의 합, 절대잔차의 합 등 3가지의 서로다른 목적함수를 적용하여 매개변수를 자동 보정하였을 때, 목적함수에 따른 첨두유량의 오차는 거의 동일하였으며, 첨두시간에 대한 오차는 첨두가중제곱평균제곱근오차를 적용했을 때 가장 작은 것으로 분석되었다. 그리고 Clark 유역 추적모형의 자동보정을 통하여 추정한 매개변수인 도달시간과 저류상수는 강우사상에 따라서 변동하는 특성을 나타내기 때문에 최적의 도달시간 및 저류상수는 홍수사상별로 추정되어야 하며 이 결과는 홍수량 산정을 위한 매개변수 추정과정의 비유일성 및 복잡성을 암시하고 있다.
A low-energy dielectric loaded accelerator with a non-uniform, multi-segment structure is studied and optimized. So far, no analytical solution is provided for such structures. Also, due to the existing nonlinear behavior and a large number of geometric parameters, the problem of numerical optimizations is complex. For this reason, a method is presented to design and optimize such structures using the Genetic Algorithm (GA). Moreover, the GA output results are compared with Trust Region (TR) and Nelder-Mead Simplex (NMS) methods. Comparative results show that the GA is more efficient in achieving optimization goals and also has a higher speed than the two other methods. Finally, an optimized accelerating tube is integrated into a proper coupler. Then, the accelerator is simulated for full electromagnetic investigations using the CST suite of codes. This design leads to a structure with a power of about 80 kW in the X-band, which delivers electrons to the output energy in the range of 300-459 kV. The length and outer diameter of the accelerating tube obtained are 10 cm and 1 cm, respectively.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.44
no.3
s.357
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pp.7-17
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2007
An analysis and design theory of an aperture-coupled cavity-fed back-to-back microstrip directional coupler is presented for the efficient and optimized design. For this purpose, an equivalent network is developed, and simple but accurate calculations of circuit element values are described. Design equations of the coupler are derived based on the equivalent circuit. In order to determine various structural design parameters, the evolutionary hybrid optimization method based on the genetic algorithm and Nelder-Mead method is invoked. As a validation check of the proposed theory and optimized design method, a 10 dB directional coupler was designed and fabricated. The measured coupling was 10.3 dB at 3 GHz, and the return loss and isolation were 31.8 dB and 30.5 dB, respectively. The directional coupler also showed very good quadrature phase characteristics. Good agreements between the measured and the design specifications fully validate the proposed network analysis and design procedure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.13-23
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2008
In this study, a finite element (FE) model updating method based on the hybrid genetic algorithm (HGA) is proposed to improve the grillage FE model for plate girder bridges. HGA consists of a genetic algorithm (GA) and direct search method (DS) based on a modification of Nelder & Mead's simplex optimization method (NMS). Fitness functions based on natural frequencies, mode shapes, and static deflections making use of the measurements and analytical results are also presented to apply in the proposed method. In addition, a multi-objective function has been formulated as a linear combination of fitness functions in order to simultaneously improve both stiffness and mass. The applicability of the proposed method to girder bridge structures has been verified through a numerical example on a two-span continuous grillage FE model, as well as through an experimental test on a simply supported plate girder skew bridge. In addition, the effect of measuring error is considered as random noise, and its effect is investigated by numerical simulation. Through numerical and experimental verification, it has been proven that the proposed method is feasible and effective for FE model updating on plate girder bridges.
Fuji apple variety introduced in Japan has excellent storage quality and good taste so it is most commonly cultivated in the Korean Peninsula. Accurate prediction of harvest maturity allows farmers to more efficiently manage their farm, such as working time, fruit storage, market shipment and labor distribution so it is very important. This study was carried out to predict the harvest maturity of 'Fuji' apple using DTS (Days Transformed to Standard temperature) model based on the Arrhenius law in the Gunwi province of the South Korea. Input data are daily average temperature and apple harvest maturity. Predicted the harvest maturity of Fuji apple after estimating the optimal parameters by using the Nelder-Mead method. The differences of observed and predicted harvest maturity day are approximately 1 to 4 days and the RMSE is 2.9.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.392-399
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2009
The paper concerns the description of the step by step development process of the new fixed blade runner called "Mixer" suitable for the uprating of the Francis turbines units installed at the older low head hydropower plants. In the paper the details of hydraulic and mechanical design are presented. Since the rotational speed of the new runner is significantly higher then the rotational speed of the original Francis one, the direct coupling of the turbine to the generator can be applied. The maximum efficiency at prescribed operational point was reached by the geometry optimization of two most important components. In the first step the optimization of the draft tube geometry was carried out. The condition for the draft tube geometry optimization was to design the new geometry of the draft tube within the original bad draft tube shape without any extensive civil works. The runner blade geometry optimization was carried out on the runner coupled with the draft tube domain. The blade geometry of the runner was optimized using automatic direct search optimization procedure. The method used for the objective function minimum search is a kind of the Nelder-Mead simplex method. The objective function concerns efficiency, required net head and cavitation features. After successful hydraulic design the modal and stress analysis was carried out on the prototype scale runner. The static pressure distribution from flow simulation was used as a load condition. The modal analysis in air and in water was carried out and the results were compared. The final runner was manufactured in model scale and it is going to be tested in hydraulic laboratory. Since the turbine with the fixed blade runner does not allow double regulation like in case of full Kaplan turbine, it can be profitably used mainly at power plants with smaller changes of operational conditions or in case with more units installed. The advantages are simple manufacturing, installation and therefore lower expenses and short delivery time for turbine uprating.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.2
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pp.115-122
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1992
A sandwich element is a special Hybrid structural form of the composite construction, which is consisted of three main parts : thin, stiff and relatively high density faces separated by a thick, light, and weaker core material. In a sandwich construction, the shear deformation of the faces. Therefore, in the calculation of the bending stiffness, the shear effect should be included. In this paper, the minimum weight is selected as an object function, as the weight critical structures are usually composed of these kind of construction. To obtain the minimum weight of sandwich panel, the principle of minimum potential energy is used and as for the design constraints, the allowable bending stress of face material, the allowable shear stress of core material, the allowable value of panel deflection and the wrinkling stress of faces are adopted, as well as the different boundary conditions. For the engineering purpose of sandwich panel design, the results are tabulated, which are calculated by using the nonlinear optimization technique SUMT.
A simple damper optimization method is proposed to find optimal damper allocation for shear buildings under both target added damping ratio and interstorey drift ratio (IDR). The damping coefficients of added dampers are considered as design variables. The cost, which is defined as the sum of damping coefficient of added dampers, is minimized under a target added damping ratio and the upper and the lower constraint of the design variables. In the first stage of proposed algorithm, Simulated Annealing, Nelder Mead and Differential Evolution numerical algorithms are used to solve the proposed optimization problem. The candidate optimal design obtained in the first stage is tested in terms of the IDRs using linear time history analyses for a design earthquake in the second stage. If all IDRs are below the allowable level, iteration of the algorithm is stopped; otherwise, the iteration continues increasing the target damping ratio. By this way, a structural response IDR is also taken into consideration using a snap-back test. In this study, the effects of the selection of upper limit for added dampers, the storey mass distribution and the storey stiffness distribution are all investigated in terms of damper distributions, cost function, added damping ratio and IDRs for 6-storey shear building models. The results of the proposed method are compared with two existing methods in the literature. Optimal designs are also compared with uniform designs according to both IDRs and added damping ratios. The numerical results show that the proposed damper optimization method is easy to apply and is efficient to find optimal damper distribution for a target damping ratio and allowable IDR value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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