The paper presents a Bayesian Finite element (FE) model updating methodology by utilizing modal data. The dynamic condensation technique is adopted in this work to reduce the full system model to a smaller model version such that the degrees of freedom (DOFs) in the reduced model correspond to the observed DOFs, which facilitates the model updating procedure without any mode-matching. The present work considers both the MPV and the covariance matrix of the modal parameters as the modal data. Besides, the modal data identified from multiple setups is considered for the model updating procedure, keeping in view of the realistic scenario of inability of limited number of sensors to measure the response of all the interested DOFs of a large structure. A relationship is established between the modal data and structural parameters based on the eigensystem equation through the introduction of additional uncertain parameters in the form of modal frequencies and partial mode shapes. A novel sampling strategy known as the Metropolis-within-Gibbs (MWG) sampler is proposed to sample from the posterior Probability Density Function (PDF). The effectiveness of the proposed approach is demonstrated by considering both simulated and experimental examples.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.7
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pp.71-76
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2022
This study describes an evaluation of the vibration-level reduction effect of natural rubber inserted between two aluminum blocks, in which the modal parameters are predicted using two different damping systems. A numerical model with two degrees of freedom was established for both the cases. One was an eigenvalue problem analysis using a state space method and general viscous damping, whereas the other was a method using hysteretic damping. The modal parameters obtained from these two approaches were compared with those obtained from the finite element method using a commercial package. As a result, the natural frequencies observed in the complex frequency response curve were consistently less than the average of four percents. The damping ratios also showed good agreement within a reasonable range. However, the hysteretic damping system showed a relatively larger difference for all modal parameters. This suggests that the analysis procedure makes it easier to predict the vibration transmission characteristics of the shape and configuration of any cushioning layer.
An optimal sensor placement (OSP) method based on structural subsection technique (SST) and model reduction technique was proposed for modal identification of truss structures, which was conducted using genetic algorithm (GA). The constraints of GA variables were determined by SST in advance. Subsequently, according to model reduction technique, the optimal group of master degrees of freedom and the optimal objective function value were obtained using GA in a case of the given number of sensors. Correspondingly, the optimal number of sensors was determined according to optimal objective function values in cases of the different number of sensors. The proposed method was applied on a scaled jacket offshore platform to get its optimal number of sensors and the corresponding optimal sensor layout. Then modal kinetic energy and modal assurance criterion were adopted to evaluate vibration energy and mode independence property. The experiment was also conducted to verify the effectiveness of the selected optimal sensor layout. The results showed that experimental modes agreed reasonably well with numerical results. Moreover the influence of the proposed method using different optimal algorithms and model reduction technique on optimal results was also compared. The results showed that the influence was very little.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.9
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pp.878-885
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2009
One of important factors in designing MEMS resonators for RF filters is obtaining a desired frequency response function (FRF) within a specific frequency range of interest. Because various array-type MEMS resonators have been recently introduced to improve the filter characteristics such as bandwidth, pass-band, and shape factor, the degrees of freedom (DOF) of finite elements for their FRF calculation dramatically increases and therefore raises computational difficulties. In this paper the Krylov subspace-based model order reduction using moment-matching with non-zero expansion points is represented as a numerical solution to perform the frequency response analyses of those array-type MEMS resonators in an efficient way. By matching moments at a frequency around the specific operation range of the array-type resonators, the required FRF can be efficiently calculated regardless of their operating frequency from significantly reduced systems. In addition, because of the characteristics of the moment-matching method, a minimal order of reduced system with a prearranged accuracy can be determined through an error indicator using successive reduced models, which is very useful to automate the order reduction process and FRF calculation for structural optimization iterations. We also found out that the presented method could obtain the FRF of a $6\times6$ array-type resonator within a seventieth of the computational time necessary for the direct method and in addition FRF calculation by the mode superposition method could not even be completed because of a data overflow with a half after calculation of 9,722 eigenmodes.
In this paper, we propose a table tennis posture classification system using a cooperative robot to develop a table tennis robot that can be trained like a real game. The most ideal table tennis robot would be a robot with a high joint driving speed and a high degree of freedom. Therefore, in this paper, we intend to use a cooperative robot with sufficient degrees of freedom to develop a robot that can be trained like a real game. However, cooperative robots have the disadvantage of slow joint driving speed. These shortcomings are expected to be overcome through quick recognition. Therefore, in this paper, we try to quickly classify the opponent's posture to overcome the slow joint driving speed. To this end, learning about dynamic postures was conducted using image data as input, and finally, three classification models were created and comparative experiments and evaluations were performed on the designated dynamic postures. In conclusion, comparative experimental data demonstrate the highest classification accuracy and fastest classification speed in classification models using MLP (Multi-Layer Perceptron), and thus demonstrate the validity of the proposed algorithm.
In most framed structures the nonlinearities and the damages are localized, extending over a limited length of the structural member. In order to capture the details of the local damage, the segments of a member that have entered the nonlinear range may need to be analyzed using the three-dimensional element (3D) model whereas the rest of the member can be analyzed using the simpler one-dimensional (1D) element model with fewer degrees of freedom. An Element-Coupling model was proposed to couple the small scale solid 3D elements with the large scale 1D beam elements. The mixed dimensional coupling is performed imposing the kinematic coupling hypothesis of the 1D model on the interfaces of the 3D model. The analysis results are compared with test results of a reinforced concrete pipe column and a structure consisting of reinforced concrete columns and a steel space truss subjected to static and dynamic loading. This structure is a reduced scale model of a direct air-cooled condenser support platform built in a thermal power plant. The reduction scale for the column as well as for the structure was 1:8. The same structures are also analyzed using 3D solid elements for the entire structure to demonstrate the validity of the Element-Coupling model. A comparison of the accuracy and the computational effort indicates that by the proposed Element-Coupling method the accuracy is almost the same but the computational effort is significantly reduced.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.2
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pp.173-179
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2009
Reduction scheme is remarkably useful in the case requiring the repeated calculation procedure. Recently, the efficiency of the reduction scheme has been improved by combining scheme of sub-domain method. But, when the global domain is partitioned into a few sub-domains, sub-domains without constraints can be produced. it is needed to extract the ritz vector from each sub-domain to construct the reduced system of each sub-domain. it is easy to extract the ritz vector from sub-domain with constraint. on the other hand, pseudo inverse method should be employed to extract the ritz vector from sub-domain without constraint. generally, the pseudo inverse takes a large number of computing time to obtain a reduced system of a sub-domain without boundary condition. This trouble can be overcome by the reduced pseudo inverse scheme which proposed in this study. This scheme is based on the static condensation that is not related with selection of the primary degrees of freedom. Numerical examples demonstrate that present method saves computational cost effectively. In addition, it is shown that the reduced system based on the proposed scheme predicts the accurate eigenvalues of global system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.175-182
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2022
In many engineering problems, the dynamic substructuring can be useful to analyze complex structures which made with many substructures, such as aircrafts and automotive vehicles. It was originally intended as a method to simplify the engineering problem. The powerful advantage to this is that computational efficiency dramatically increases with eliminating unnecessary degrees-of-freedom of the system and the system targets are concurrently satisfied. Craig-Bampton method has been widely used for the linear system reduction. Recently, multi-level optimization (such as target cascading), which propagates the system-level targets to the subsystem-level targets, has been widely utilized. To this concept, the genetic algorithm which one of the global optimization technique has been utilized to the substructure optimization. The number of internal modes for each substructure can be obtained by the genetic algorithm. Simultaneously, the reduced system meets the top-level targets. In this paper, various numerical examples are tested to verify this concept.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.139-145
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2009
Reduction scheme is remarkably useful in the case requiring the repeated calculation procedure. Recently, the efficiency of the reduction scheme has been improved by combining scheme of sub-domain method. But, when the global domain is partitioned into a few sub-domains, sub-domains without constraints can be produced. it is needed to extract the ritz vector from each sub-domain to construct the reduced system of each sub-domain. it is easy to extract the ritz vector from sub-domain with constraint. on the other hand, pseudo inverse method should be employed to extract the ritz vector from sub-domain without constraint. generally, the pseudo inverse takes a large number of computing time to obtain a reduced system of a sub-domain without boundary condition. This trouble can be overcome by the reduced pseudo inverse scheme which proposed in this study. This scheme is based on the static condensation that is not related with selection of the primary degrees of freedom. Numerical examples demonstrate that present method saves computational cost effectively and predicts the accurate eigenvalues.
Stone masonry is one of the oldest construction types due to the natural and free availability of stones and the relatively easy construction. Since stone masonry is brittle, it is also very vulnerable and in the case of earthquakes damage, collapses and causalities are very likely to occur, as it has been seen during the last Italian earthquake in Amatrice in 2016. In the recent years, some researchers have performed experimental tests to improve the knowledge of the behaviour of stone masonry. Concurrently, there is the need to reproduce the seismic behaviour of these structures by numerical approaches, also in consideration of the high cost of experimental tests. In this work, an alternative simplified procedure to numerically reproduce the diagonal compression and shear compression tests on a rubble stone masonry is proposed within the finite element method. The proposed procedure represents the stone units as rigid bodies and the mortar as a plastic material with compression and tension inelastic behaviour calibrated based on parametric studies. The validation of the proposed model was verified by comparison with experimental data. The advantage of this simplified methodology is the use of a limited number of degrees of freedom which allows the reduction of the computational time, which leaves the possibility to carry out parametric studies that consider different wall configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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