This paper proposes a novel fault tolerant tracking control (FTTC) scheme for a class of nonlinear systems with actuator failures based on the policy iteration (PI) algorithm and the adaptive fault observer. The estimated actuator failure from an adaptive fault observer is utilized to construct an improved performance index function that reflects the failure, regulation and control simultaneously. With the help of the proper performance index function, the FTTC problem can be transformed into an optimal control problem. The fault tolerant tracking controller is composed of the desired controller and the approximated optimal feedback one. The desired controller is developed to maintain the desired tracking performance at the steady-state, and the approximated optimal feedback controller is designed to stabilize the tracking error dynamics in an optimal manner. By establishing a critic neural network, the PI algorithm is utilized to solve the Hamilton-Jacobi-Bellman equation, and then the approximated optimal feedback controller can be derived. Based on Lyapunov technique, the uniform ultimate boundedness of the closed-loop system is proven. The proposed FTTC scheme is applied to reconfigurable manipulators with two degree of freedoms in order to test the effectiveness via numerical simulation.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.223-231
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2002
The pilot tests for the development of biaxial failure envelope of high strength concrete of reactor containments were performed. To apply biaxial loads to concrete, the plate specimens were used. The technical difficulties encountered on the development of a suitable biaxial test setup were discussed. To decide the optimum thickness of plate specimen, the nonlinear finite element analyses using ABAQUS were performed for a 1/8 model of cylindrical specimen(${\Phi}150{\times}300$) and four 1/4 models of plate Specimens ($200{\times}200{\times}T$(=30, 50, 60, 70)mm) under uniaxial compression. Analytical values and test data of relative strength ratio between those specimens with different geometric shapes were also compared. The various test data were obtained under uniaxial compression, uniaxial tension, and biaxial compression and then the stress-strain responses were plotted. The test data indicated that the strength of concrete under biaxial compression, $f_1/f_2=-1/-1$, is 15 percent larger than that under uniaxial compression and the poisson's ratio of concrete is 0.16. Teflon pads employed to eliminate friction between test specimen and loading platens showed an excellent effect under biaxial compression.
In a super-large underground with "large span and high side wall", it is buried in mountains with uneven lithology, complicated geostress field and developed geological structure. These surrounding rocks are more susceptible to stability issues during the construction period. This paper takes the left bank of Baihetan hydropower station (span is 34m) as a case study example, wherein the deformation mechanism of surrounding rock appears prominent. Through analysis of geological, geophysical, construction and monitoring data, the deformation characteristics and factors are concluded. The failure mechanism, spatial distribution characteristics, and evolution mechanism are also discussed, where rock mechanics theory, $FLAC^{3D}$ numerical simulation, rock creep theory, and the theory of center point are combined. In general, huge underground cavern stability issues has arisen with respect to huge-scale and adverse geological conditions since settling these issues will have milestone significance based on the evolutionary pattern of the surrounding rock and the correlation analyses, the rational structure of the factors, and the method of nonlinear regression modeling with regard to the construction and development of hydropower engineering projects among the worldwide.
This paper presents a tri-uniform bond stress model for predicting the lap splice strength of reinforcing bar at the critical bond splitting failure. The proposed bond distribution model consists of three zones, namely, splitting zone, post-splitting zone and yielding zone. In each zone, the bond stress is assumed to be constant. The models for bond strength in each zone are adopted from previous studies. Combining the equilibrium, strain-slip relation and the bond strength model in each zone, the steel stress-slip model can be derived, which can be used in the nonlinear frame analysis of the column. The proposed model is applied to derive explicit equations for predicting the strength of the lap splice strengthened by fiber reinforced polymer (FRP) in both elastic and post-yield ranges. For design purpose, a procedure to calculate the required FRP thickness and the number of FRP sheets is also presented. A parametric investigation was conducted to study the relation between lap splice strength and lap splice length, number and thickness of FRP sheets and the ratio of concrete cover to bar diameter. The study shows that the lap splice strength can be enhanced by increasing one of these parameters: lap splice length, number or thickness of FRP sheets and concrete cover to bar diameter ratio. Verification of the model has been conducted using experimental data available in literature.
Observations from past strong earthquakes revealed that near-fault ground motions could lead to the failure, or even collapse of electricity transmission towers which are vital components of an overhead electric power delivery system. For assessing the performance and robustness, a high-fidelity three-dimension finite element model of a long span transmission tower-line system is established with the consideration of geometric nonlinearity and material nonlinearity. In the numerical model, the Tian-Ma-Qu material model is utilized to capture the nonlinear behaviours of structural members, and the cumulative damage D is defined as an index to identify the failure of members. Consequently, incremental dynamic analyses (IDAs) are conducted to study the collapse fragility, damage positions, collapse margin ratio (CMR) and dynamic robustness of the transmission towers by using twenty near-fault ground motions selected from PEER. Based on the bending and shear deformation of structures, the collapse mechanism of electricity transmission towers subjected to Chi-Chi earthquake is investigated. This research can serve as a reference for the performance of large span transmission tower line system subjected to near-fault ground motions.
While establishing adequate load paths in the light-frame wood structures is critical to maintain the overall structural integrity and avoid significant damage under extreme wind events, the understanding of the load paths is limited by the high redundant nature of this building type. The objective of the current study is to evaluate the system effects and investigate the load paths in the wood structures especially the older buildings for a better performance assessment of the existing building stock under high winds, which will provide guidance for building constructions in the future. This is done by developing building models with configurations that are suspicious to induce failure per post damage reconnaissance. The effect of each configuration to the structural integrity is evaluated by the first failure wind speed, amajor indicator beyond the linear to the nonlinear range. A 3D finite-element (FE) building model is adopted as a control case that is modeled using a validated methodology in a highly-detailed fashion where the nonlinearity of connections is explicitly simulated. This model is then altered systematically to analyze the effects of configuration variations in the model such as the gable end sheathing continuity and the gable end truss stiffness, etc. The resolution of the wind loads from scaled wind tunnel tests is also discussed by comparing the effects to wind loads derived from large-scale wind tests.
In this study, a probabilistic framework of the damage assessment of pipelines subjected to extreme hazard scenario was developed to mitigate the risk and enhance design reliability. Nonlinear 3D finite element models of T-joint systems were developed based on experimental tests with respect to leakage detection of black iron piping systems, and a damage assessment analysis of the vulnerability of their components according to nominal pipe size, coupling type, and wall thickness under seismic wave propagations was performed. The analysis results showed the 2-inch schedule 40 threaded T-joint system to be more fragile than the others with respect to the nominal pipe sizes. As for the coupling types, the data indicated that the probability of failure of the threaded T-joint coupling was significantly higher than that of the grooved type. Finally, the seismic capacity of the schedule 40 wall thickness was weaker than that of schedule 10 in the 4-inch grooved coupling, due to the difference in the prohibition of energy dissipation. Therefore, this assessment can contribute to the damage detection and financial losses due to failure of the joint piping system in a liquid pipeline, prior to the decision-making.
A hybrid bridge deck is proposed, which includes steel bars, concrete and glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) plates with channel sections. The steel bar in the negative moment region can increase the flexural stiffness, improve the ductility, and reduce the GFRP ratio. Three continuous decks with different steel bar ratios and a simply supported deck were fabricated and tested to study the mechanical performance. The failure mode, deflection, strain distribution, cracks and support reaction were tested and discussed. The steel bar improves the mechanical performance of continuous decks, and a theoretical method is proposed to predict the deformation and the shear capacity. The experimental results show that all specimens failed with shear failure in the positive moment region. The increase of steel bar ratio in the negative moment region can achieve an enhancement in the flexural stiffness and reduce the deflection without increasing GFRP. Moreover, the continuous deck can achieve a yield load, and the negative moment can be carried by GFRP plates after the steel bar yields. Finally, a nonlinear analytical method for the deflection calculation was proposed and verified, with considering the moment redistribution, non-cracked sections and nonlinearity of material. In addition, a simplified calculation method was proposed to predict the shear capacity of GFRP-concrete decks.
Park, Jinhyeong;Kim, Jaewon;Lee, Miyoung;Kim, Byoung-Choul;Jung, Sung-Chul;Kim, Jonghoon
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.6
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pp.381-389
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2021
Most diagnosis approaches rely on historical failure data that might not be feasible in real operating conditions because the battery voltage and internal parameters are nonlinear according to various operating conditions, such as cell-to-cell configuration and initial condition. To overcome this issue, the estimator and the predictor require integrated approaches that consider comprehensive data, with the degradation process and measured data taken into account. In this paper, vector autoregressive models (VAR) with various parameters that affect overdischarge to the cell in the battery pack were constructed, and the cell-to-cell parameters were identified using an adaptive model to analyze the influence of failure prognosis. The theoretical analysis is validated using experimental results in terms of the feasibility and advantages of fault prognosis.
The expansion capacity and strength of expansive grout have a significant influence on the stress state of a supported rock mass and the strength of a grout-rock mass structure. The expansion and strength characteristics are vital in grouting preparation and application. To analyze the expansion performance and mechanical properties of expansive grout, uniaxial compressive strength (UCS) tests, expansion ratio tests, XRD, SEM, and microscopic scanning tests (MSTs) of expansive grout under different curing pressure conditions were conducted. The microevolution was analyzed by combining the failure characteristics, XRD patterns, SEM images, and surface morphologies of the specimens. The experimental results show that: (1) The final expansion ratio of the expansive grout was linear with increasing expansion agent content and nonlinear with increasing curing pressure. (2) The strength of the expansive grout was positively correlated with curing pressure and negatively correlated with expansion agent content. (3) The expansion of expansive grout was related mainly to the development of calcium hydroxide (Ca(OH)2) crystals. With an increase in expansion agent content, the final expansion ratio increased, but the expansion rate decreased. With an increase in the curing pressure, the grout expansion effect decreased significantly. (4) The proportion of the concave surfaces at the centre of the specimen cross-section reflected the specimen's porosity to a certain extent, which was linear with increasing expansion agent content and curing pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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