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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.575-584
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2014
In this study, the NREL 5 MW wind turbine tower model was optimized according to the multi-body dynamics and reliability-based design. The mathematical model was defined as a link-joint system including dynamic characteristics derived from Timoshenko's beam theory. For the optimization problem, the sensitivities to variations in the tower thicknesses and inner and outer diameters were acquired and arranged in terms of safety and efficiency according to bending stress and buckling standards. An optimal design was calculated with the advanced first-order second moment method and used to define a finite element model for validation. The finite element model was simulated by static analysis. The relationship between the multi-body dynamic and finite element method throughout the process was investigated, and the optimal model, which had high endurance despite its low mass, was determined.
Fatigue reliability problems are nowadays actively considered in the design of mechanical components. Recently, Dimension Reduction Method using Kriging approximation (KDRM) was proposed by the authors to efficiently calculate statistical moments of the response function. This method, which is more tractable for its sensitivity-free nature and providing the response PDF in a few number of analyses, is adopted in this study for the reliability analysis. Before applying this method to the practical fatigue problems, accuracies are studied in terms of parameters of the KDRM through a number of numerical examples, from which best set of parameters are suggested. In the fatigue reliability problems, good number of experimental data are necessary to get the statistical distribution of the S-N parameters. The information, however, are not always available due to the limited expense and time. In this case, a family of curves with prediction interval, called P-S-N curve, is constructed from regression analysis. Using the KDRM, once a set of responses are available at the sample points at the mean, all the reliability analyses for each P-S-N curve can be efficiently studied without additional response evaluations. The method is applied to a spring design problem as an illustration of practical applications, in which reliability-based design optimization (RBDO) is conducted by employing stochastic response surface method which includes probabilistic constraints in itself. Resulting information is of great practical value and will be very helpful for making trade-off decision during the fatigue design.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.1
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pp.13-24
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2019
This paper brings up fallacy of material factors specified for the design of concrete members in the current Korean limit state design code for highway bridges, and proposes new material factors based on a robust optimization scheme to overcome the fallacy. It is shown that the current load factors in the code and the proposed material factors lead to a much higher reliability index than the target index. The load factors are adjusted to yield the target reliability index using the inverse reliability analysis. A reliability-based approach following the basic concept of Eurocode is formulated to determine material factors as well as load factors. The load-material factors obtained by the proposed reliability-based approach yield a lower reliability level than the target index. Drawbacks of the basic concept of Eurocode are discussed. It is pointed out that differences in the uncertainties between materials and members may cause the lower reliability index of concrete member than the target.
Kim, Dong-Wook;Sung, Young-Hwa;Jeung, Gi-Woo;Jung, Sang-Sik;Kim, Hong-Joon;Kim, Dong-Hun
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.7
no.1
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pp.46-50
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2012
The current paper presents an effective methodology for assessing the reliability of electromagnetic designs when considering uncertainties of design variables. To achieve this goal, the reliability index approach based on the first-order reliability method is adopted to deal with probabilistic constraint functions, which are expressed in terms of random design variables. The proposed method is applied to three different designs of a superconducting magnetic energy storage system that corresponds to initial, deterministic, and roust designs. The validity and efficiency of the method is investigated with reference values obtained from Monte Carlo simulation.
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).
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.57-64
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1989
This study presents a reliability-based optimum design of reinforced concrete frames, in which the AFOSM and SOSM methods are applied for the evaluation of the failure probabilities, and the sequential linear programming method is used as a practical approach to the system optimization. One-story two-bay reinforced concrete frame is chosen for the numerical illustration of the proposed reliability-based optimum design. As a result, it is found that the proposed procedure for the reliability-based optimization of RC frames could provide the accurate estimation of the optimal level of safety, and appears applicable to real structures with reasonable complexity. It is shown in the paper that the probability distributions of the basic random variables and the uncertainties of the applied loadings and material strengths may have great effect on the optimum design, but the AFOSM and SOSM methods do not show significant discrepancy in the optimum design results, but the former appears more realistic and time saving than the latter for this specific study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1070-1077
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2006
In the present study, sizing and shape optimizations are performed based on the reduced system of large-scaled problem. In the analysis part to achieve efficiency and reliability of computation, two-level condensation scheme is applied. In the construction of reduced system of large scaled problems, it is much more efficient to use sub-domain method. Thus, in the present paper, two-level reduction method combined with sub-domain method is employed. Once the reduced system is constructed, it is straightforward to obtain design sensitivities from the analysis results of the reduced system We use semi-analytic method to obtain design sensitivities. Performance of the efficiency and reliability of the present reduction method in the structural optimization problem is demonstrated through the numerical examples. The present framework of reduction method should serve as a fast and reliable design tool in analysis and design of large-scaled dynamic problems.
풍력 터빈 블레이드용 익형의 경우 운용 조건에서 높은 양항비를 가지도록 설계되나 풍속, 풍향의 변동에 의해 운용조건에 변화가 발생할 경우 성능의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 운용조건의 변동이 발생하더라도 공력 성능이 크게 변하지 않는 익형이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운용조건의 불확실성을 고려하여 풍력 터빈 블레이드용 익형의 신뢰성 기반 강건 최적 설계를 수행하였다. 익형 설계를 위해서 여러 익형 형상 변수들을 고려할 수 있는 익형 모델링 함수를 정의하였고 기저형상으로는 NREL에서 개발한 S809 익형을 사용하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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