This study proposed an improved particle swarm optimization (IPSO) method ensemble with kriging model for model updating. By introducing genetic algorithm (GA) and grouping strategy together with elite selection into standard particle optimization (PSO), the IPSO is obtained. Kriging metamodel serves for predicting the structural responses to avoid complex computation via finite element model. The combination of IPSO and kriging model shall provide more accurate searching results and obtain global optimal solution for model updating compared with the PSO, Simulate Annealing PSO (SimuAPSO), BreedPSO and PSOGA. A plane truss structure and ASCE Benchmark frame structure are adopted to verify the proposed approach. The results indicated that the hybrid of kriging model and IPSO could serve for model updating effectively and efficiently. The updating results further illustrated that IPSO can provide superior convergent solutions compared with PSO, SimuAPSO, BreedPSO and PSOGA.
Gunaydin, Murat;Erturk, Esin;Genc, Ali Fuat;Okur, Fatih Yesevi;Altunisik, Ahmet Can;Tavsan, Cengiz
Earthquakes and Structures
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v.22
no.1
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pp.65-82
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2022
This paper presents a structural performance assessment of a historical masonry clock tower both using numerical and experimental process. The numerical assessment includes developing of finite element model with considering different types of soil-structure interaction systems, identifying the numerical dynamic characteristics, finite element model updating procedure, nonlinear time-history analysis and evaluation of seismic performance level. The experimental study involves determining experimental dynamic characteristics using operational modal analysis test method. Through the numerical and experimental processes, the current structural behavior of the masonry clock tower was evaluated. The first five experimental natural frequencies were obtained within 1.479-9.991 Hz. Maximum difference between numerical and experimental natural frequencies, obtained as 20.26%, was reduced to 4.90% by means of the use of updating procedure. According to the results of the nonlinear time-history analysis, maximum displacement was calculated as 0.213 m. The maximum and minimum principal stresses were calculated as 0.20 MPa and 1.40 MPa. In terms of displacement control, the clock tower showed only controlled damage level during the applied earthquake record.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.2
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pp.60-67
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2015
The finite element (FE) model updating is a commonly used approach in civil engineering, enabling damage detection, design verification, and load capacity identification. In the FE model updating, acceleration responses are generally employed to determine modal properties of a structure, which are subsequently used to update the initial FE model. While the acceleration-based model updating has been successful in finding better approximations of the physical systems including material and sectional properties, the boundary conditions have been considered yet to be difficult to accurately estimate as the acceleration responses only correspond to translational degree-of-freedoms (DOF). Recent advancement in the sensor technology has enabled low-cost, high-precision gyroscopes that can be adopted in the FE model updating to provide angular information of a structure. This study proposes a FE model updating strategy based on data fusion of acceleration and angular velocity. The usage of both acceleration and angular velocity gives richer information than the sole use of acceleration, allowing the enhanced performance particularly in determining the boundary conditions. A numerical simulation on a simply supported beam is presented to demonstrate the proposed FE model updating approach.
In rail industry, noise reduction is a concern to decrease environmental pollution. The current study focuses on rail damper modeling and improvement of the model through validation with experimental results. Accurate modeling and simulation of rail dampers, specifically tuned rail dampers with layers interconnected by bolt joints, shall enable objective-oriented improvement of their design. In this work, to improve the damper model cone pressure theory is applied in the FE model and the sensitivity analysis is then applied to gradually improve the FE model. The improved model yields higher Modal Assurance Criterion (MAC) values and lower frequencies deviation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.6
s.52
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pp.19-28
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2006
Most conventional model updating methods must use mathematical objective function with experimental modal matrices and analytical system matrices or must use information about the gradient or higher derivatives of modal properties with respect to each updating parameter. Therefore, most conventional methods are not appropriate for complex structural system such as bridge structures due to stability problem in inverse analysis with ill-conditions. Sometimes, moreover, the updated model may have no physical meaning. In this paper, a new FE model updating method based on a hybrid optimization technique using genetic algorithm (GA) and Holder-Mead simplex method (NMS) is proposed. The performance of hybrid optimization technique on the nonlinear problem is demonstrated by the Goldstein-Price function with three local minima and one global minimum. The influence of the objective function is evaluated by the case study of a simulated 10-dof spring-mass model. Through simulated case studies, finally, the objective function is proposed to update mass as well as stiffness at the same time. And so, the proposed hybrid optimization technique is proved to be an efficient method for FE model updating.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.295-300
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2002
In conventional model updating using single-objective optimization techniques, incompatible physical data are compared with each other using weighting factors. There are no general rules for selecting the weighting factors since they are not directly related with the dynamic behavior of an updated model. So one of the most difficult tasks, in model updating study, is 'balancing among the correlations' i.e. 'trade-off'. In this work, a multiobjecitive optimization technique called 'satisficing trade-off method' is introduced to extremize several correlations simultaneously. The absurd need for the weighting factors can be avoided using this technique. And the updated model with the most appropriate correlations is obtained easily in interactive way. Especially automatic trade-off is employed to increase the rate of convergence to the desired model. Its effectiveness is verified by application to a real engineering problem, HDD cover model updating.
Kim, Kwang-Keun;Choi, Sung-Pil;Kim, Young-Chan;Yang, Bo-Suk
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.3
no.3
s.8
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pp.19-24
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2000
It is well known that the finite element analysis often has an inaccuracy when it is in conflict with test results. Model updating is concerned with the correction of analytical model by processing records of response from test results. The famous one of the model updating methods is FRF sensitivity method. However, it has demerit that the solution is not unique. So, the neural network is recommended when an unique and exact solution is desired. The generalization ability of radial basis function neural network is used in model updating. As an application model, a cantilever and a rotor system are used. Specially the machined clearance($C_p$) of a journal bearing is updated.
This paper describes the procedure of increasing the efficiency of experimental modal analysis and updating the quality of FE model using the scaled commercial vehicle frame. In this study, it was found that the experimental modal analysis could be more efficient when the measurements were made on the areas with high kinetic energies. Such areas could be located with the aid of FE modal analysis. Also, the number of measurement points could be decided by considering the dynamic characteristics of full FE model. The correlation of FE model and experimental modal analysis was assessed by the differences between the natural frequencies and MAC matrix, which is based on normal modes. These differences of modal parameters were reduced through the sensitivity and optimization analysis of which objective function consisted of the errors of natural frequencies and the diagonal terms of MAC matrix.
The model updating problems, which are to find the optimal approximation to the discrete quadratic model obtained by the finite element method, are critically important to the vibration analysis. In this paper, the structured model updating problem is considered, where the coefficient matrices are required to be symmetric and positive semidefinite, represent the interconnectivity of elements in the physical configuration and minimize the dynamics equations, and furthermore, due to the physical feasibility, the physical parameters should be positive. To the best of our knowledge, the model updating problem involving all these constraints has not been proposed in the existed literature. In this paper, based on the semidefinite programming technique, we design a general-purpose numerical algorithm for solving the structured model updating problems with incomplete measured data and present some numerical results to demonstrate the effectiveness of our method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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