Ho, Long V.;Khatir, Samir;Roeck, Guido D.;Bui-Tien, Thanh;Wahab, Magd Abdel
Smart Structures and Systems
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v.26
no.4
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pp.451-468
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2020
Although model updating has been widely applied using a specific optimization algorithm with a single objective function using frequencies, mode shapes or frequency response functions, there are few studies that investigate hybrid optimization algorithms for real structures. Many of them did not take into account the sensitivity of the updating parameters to the model outputs. Therefore, in this paper, optimization algorithms and sensitivity analysis are applied for model updating of a real cable-stayed bridge, i.e., the Kien bridge in Vietnam, based on experimental data. First, a global sensitivity analysis using Morris method is employed to find out the most sensitive parameters among twenty surveyed parameters based on the outputs of a Finite Element (FE) model. Then, an objective function related to the differences between frequencies, and mode shapes by means of MAC, COMAC and eCOMAC indices, is introduced. Three metaheuristic algorithms, namely Gravitational Search Algorithm (GSA), Particle Swarm Optimization algorithm (PSO) and hybrid PSOGSA algorithm, are applied to minimize the difference between simulation and experimental results. A laboratory pipe and Kien bridge are used to validate the proposed approach. Efficiency and reliability of the proposed algorithms are investigated by comparing their convergence rate, computational time, errors in frequencies and mode shapes with experimental data. From the results, PSO and PSOGSA show good performance and are suitable for complex and time-consuming analysis such as model updating of a real cable-stayed bridge. Meanwhile, GSA shows a slow convergence for the same number of population and iterations as PSO and PSOGSA.
The problem of layup optimization of the composite laminates involves a very complex multidimensional solution space which is usually non-exhaustively explored using different heuristic computational methods such as genetic algorithms (GA). To ensure the convergence to the global optimum of the applied heuristic during the optimization process it is necessary to evaluate a lot of layup configurations. As a consequence the analysis of an individual layup configuration should be fast enough to maintain the convergence time range to an acceptable level. On the other hand the mechanical behavior analysis of composite laminates for any geometry and boundary condition is very convoluted and is performed by computational expensive numerical tools such as finite element analysis (FEA). In this respect some studies propose very fast FEA models used in layup optimization. However, the lower bound of the execution time of FEA models is determined by the global linear system solving which in some complex applications can be unacceptable. Moreover, in some situation it may be highly preferred to decrease the optimization time with the cost of a small reduction in the analysis accuracy. In this paper we explore some machine learning techniques in order to estimate the failure of a layup configuration. The estimated response can be qualitative (the configuration fails or not) or quantitative (the value of the failure factor). The procedure consists of generating a population of random observations (configurations) spread across solution space and evaluating using a FEA model. The machine learning method is then trained using this population and the trained model is then used to estimate failure in the optimization process. The results obtained are very promising as illustrated with an example where the misclassification rate of the qualitative response is smaller than 2%.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.8
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pp.617-626
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2021
During supersonic flight of vehicles, the thermal behavior of structures under high-temperature environment is important for thermal-structural design. In this study, full-field thermal deformation and stress concentration of the notched structure was performed using global-local multi-digital image correlation (multi-DIC) systems. This techniques were developed and implemented by multi-DIC systems consists of 2D DIC system and 3D DIC system. The specimen was heated in a heating chamber to achieve the thermal expansion behavior. Then the images of structure's deformation and stress concentration at various temperature were recorded and analyzed by multi-DIC system. Afterward, full-field thermal deformation of the notched structure was determined with DIC technique and stress concentration at the notched structure was calculated by further processing. Finite element analysis of the notched structure is performed in ABAQUSTM and the results of the experiments show good agreement with those obtained from simulation. The results achieved in this study show the efficiency of the muilti-DIC method in thermal deformation as well as stress concentration of notched structure.
The general world model for homogeneous and isotropic universe has been proposed. For this purpose, we introduce a global and fiducial system of reference (world reference frame) constructed on a (4+1)-dimensional space-time, and assume that the universe is spatially a 3-dimensional hypersurface embedded in the 4-dimensional space. The simultaneity for the entire universe has been specified by the global time coordinate. We define the line element as the separation between two neighboring events on the expanding universe that are distinct in space and time, as viewed in the world reference frame. The information that determines the kinematics of the geometry of the universe such as size and expansion rate has been included in the new metric. The Einstein's field equations with the new metric imply that closed, flat, and open universes are filled with positive, zero, and negative energy, respectively. The curvature of the universe is determined by the sign of mean energy density. We have demonstrated that the flat universe is empty and stationary, equivalent to the Minkowski space-time, and that the universe with positive energy density is always spatially closed and finite. In the closed universe, the proper time of a comoving observer does not elapse uniformly as judged in the world reference frame, in which both cosmic expansion and time-varying light speeds cannot exceed the limiting speed of the special relativity. We have also reconstructed cosmic evolution histories of the closed world models that are consistent with recent astronomical observations, and derived useful formulas such as energy-momentum relation of particles, redshift, total energy in the universe, cosmic distance and time scales, and so forth. The notable feature of the spatially closed universe is that the universe started from a non-singular point in the sense that physical quantities have finite values at the initial time as judged in the world reference frame. It has also been shown that the inflation with positive acceleration at the earliest epoch is improbable.
Soil nailing technique is being widely used for stabilization of vertical cuts because of its economic, environment friendly and speedy construction. Global stability and lateral displacement are the two important stability criteria for the soil nail walls. The primary objective of the present study is to evaluate soil nail wall stability criteria under the influence of in-situ soil variability. Finite element based numerical experiments are performed in accordance with the methodology of $2^3$ factorial design of experiments. Based on the analysis of the observations from numerical experiments, two regression models are developed, and used for reliability analyses of global stability and lateral displacement of the soil nail wall. A 10 m high prototype soil nail wall is considered for better understanding and to highlight the practical implications of the present study. Based on the study, lateral displacements beyond 0.10% of vertical wall height and variability of in-situ soil parameters are found to be critical from the stability criteria considerations of the soil nail wall.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.4
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pp.267-280
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2009
In this paper we investigate a simple two-level additive Schwarz preconditioner for the P1 symmetric interior penalty Galerkin method of the Poisson equation on rectangular meshes. The construction is based on the decomposition of the global space of piecewise linear polynomials into the sum of local subspaces, each of which corresponds to an element of the underlying mesh, and the global coarse subspace consisting of piecewise constants. This preconditioner is a direct combination of the block Jacobi iteration and the cell-centered finite difference method, and thus very easy to implement. Explicit upper and lower bounds for the maximum and minimum eigenvalues of the preconditioned matrix system are derived and confirmed by some numerical experiments.
Several damping materials have been employed to reduce the vibration of structures. While it is important to estimate the damping matrix when analyzing damped composite structures using the finite element method (FEM), at present, there is no FEM program that can correctly estimate the damping matrix. In this paper, a new global curve-fitting method is proposed for identifying the system parameters of non-proportional damping structures using a frequency response function. An experimental test for a cantilever beam attached damping material was carried out to verify the performance of the method proposed in this study.
Hahn, S.H.;Tsukada, T.;Hozawa, M.;Maruyama, S.;Imaishi, N.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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1998.06a
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pp.45-48
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1998
For the single crystal growth of silicon, a global analysis of heat transfer in a CZ furnace was carried out using the finite element method, where the radiative heat transfer between the surfaces that possess both specular and/or diffuse reflectance components was taken into account, and then the effect of the specular reflection of the crystal and/or melt on the CZ crystal growth was numerically investigated.
In nonlinear finite element stability analysis of structures, the foremost necessary procedure is the computation to precisely locate a singular equilibrium point, at which the instability occurs. The present study describes global and local procedures for the computation of stability points including bifurcation points and limit points. The starting point, at which the procedure will be initiated, may be close to or arbitrarily far away from the target point. It may also be an equilibrium point or non-equilibrium point. Apart from the usual equilibrium path, bypass and homotopy path are proposed as the global path to the stability point. A local iterative method is necessary, when it is inspected that the computed path point is sufficiently close to the stability point.
Thin walled steel bridge-piers/columns are vulnerable to damage, when subjected to earthquake excitations. Local buckling, global buckling or interaction between local and global buckling usually is the cause of this damage, which results in significant strength reduction of the member. In this study new innovative design concepts, "thin-walled corrugated steel columns" and "thin-walled cellular steel columns" are presented, which allow the column to undergo large plastic deformations without significant strength reduction; hence dissipate energy under cyclic loading. It is shown that, compared with the conventional designs, circular and stiffened box sections, these new innovative concepts might results in cost-effective designs, with improved buckling and ductility properties. Using a finite element model, that takes the non-linear material properties into consideration, it is shown that the corrugations will act like longitudinal stiffeners that are supporting each other, thus improving the buckling behavior and allowing for reduction of the overall wall thickness of the column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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