Full-waveform inversion (FWI) is an optimization process of fitting observed and modeled data to reconstruct high-resolution subsurface physical models. In acoustic FWI (AFWI), pressure data acquired using a marine streamer has mainly been used to reconstruct the subsurface P-wave velocity models. With recent advances in marine seismic-acquisition techniques, acquiring multi-component data in marine environments have become increasingly common. Thus, AFWI strategies must be developed to effectively use marine multi-component data. Herein, we proposed an AFWI strategy using horizontal and vertical particle-acceleration data. By analyzing the modeled acoustic data and conducting sensitivity kernel analysis, we first investigated the characteristics of each data component using AFWI. Common-shot gathers show that direct, diving, and reflection waves appearing in the pressure data are separated in each component of the particle-acceleration data. Sensitivity kernel analyses show that the horizontal particle-acceleration wavefields typically contribute to the recovery of the long-wavelength structures in the shallow part of the model, and the vertical particle-acceleration wavefields are generally required to reconstruct long- and short-wavelength structures in the deep parts and over the whole area of a given model. Finally, we present a sequential-inversion strategy for using the particle-acceleration wavefields. We believe that this approach can be used to reconstruct a reasonable P-wave velocity model, even when the pressure data is not available.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.1
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pp.69-78
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2011
In this study, an optimization method using multi-objective genetic algorithm(MOGA) has been proposed to develop a fuzzy control algorithm that can effectively control a smart tuned mass damper(TMD). A 76-story benchmark building subjected to wind load was selected as an example structure. The smart TMD consists of 100kN MR damper and the natural period of the smart TMD was tuned to the first mode natural period of the example structure. Damping force of MR damper is controlled to reduce the wind-induced responses of the example structure by a fuzzy logic controller. Two input variables of the fuzzy logic controller are the acceleration of 75th floor and the displacement of the smart TMD and the output variable is the command voltage sent to MR damper. Multi-objective genetic algorithm(NSGA-II) was used for optimization of the fuzzy logic controller and the acceleration of 75th story and the displacement of the smart TMD were used as objective function. After optimization, a series of fuzzy logic controllers which could appropriately reduce both wind responses of the building and smart TMD were obtained. Based on numerical results, it has been shown that the control performance of the smart TMD is much better than that of the passive TMD and it is even better than that of the sample active TMD in some cases.
A gradient-based evolutionary optimization methodology is presented for finding the optimal design of both the added dampers and their supporting members to minimize an objective function of a linear multi-storey structure subjected to the critical ground acceleration. The objective function is taken as the sum of the stochastic interstorey drifts. A frequency-dependent viscoelastic damper and the supporting member are treated as a vibration control device. Due to the added stiffness by the supplemental viscoelastic damper, the variable critical excitation needs to be updated simultaneously within the evolutionary phase of the optimal damper placement. Two different models of the entire damper unit are investigated. The first model is a detailed model referred to as "the 3N model" where the relative displacement in each component (i.e., the spring and the dashpot) of the damper unit is defined. The second model is a simpler model referred to as "the N model" where the entire damper unit is converted into an equivalent frequency-dependent Kelvin-Voigt model. Numerical analyses for 3 and 10-storey building models are conducted to investigate the characters of the optimal design using these models and to examine the validity of the proposed technique.
Significant improvements to methodologies on structural damage detection (SDD) have emerged in recent years. However, many methods are related to inversion computation which is prone to be ill-posed or ill-conditioning, leading to low-computing efficiency or inaccurate results. To explore a more accurate solution with satisfactory efficiency, a PSO-INM algorithm, combining particle swarm optimization (PSO) algorithm and an improved Nelder-Mead method (INM), is proposed to solve multi-sample objective function defined based on Bayesian inference in this study. The PSO-based algorithm, as a heuristic algorithm, is reliable to explore solution to SDD problem converted into a constrained optimization problem in mathematics. And the multi-sample objective function provides a stable pattern under different level of noise. Advantages of multi-sample objective function and its superior over traditional objective function are studied. Numerical simulation results of a two-storey frame structure show that the proposed method is sensitive to multi-damage cases. For further confirming accuracy of the proposed method, the ASCE 4-storey benchmark frame structure subjected to single and multiple damage cases is employed. Different kinds of modal identification methods are utilized to extract structural modal data from noise-contaminating acceleration responses. The illustrated results show that the proposed method is efficient to exact locations and extents of induced damages in structures.
An effective design approach for Multiple Tuned Mass Dampers (MTMDs) in pedestrian bridges was proposed by utilizing the transfer function to obtain each TMD's optimum stiffness and damping. A systematic simulation of pedestrian excitations was described. The motion equation of a typical MTMD system attached to a Multi-degree-of-freedom (MDOF) system was presented, and the transfer function from the input pedestrian excitations to the output acceleration responses was defined. By solving the minimum norm of the transfer function, the parameters of the MTMD which resulted in the minimum overall responses can be obtained. Two applications of lightly damped pedestrian bridges attached with MTMD showed that MTMDs designed through this method can significantly reduce the structural responses when subjected to pedestrian excitations, and the vibration control effects were better than the MTMD when it was considered as being composed of equal number and mass ratios of TMDs designed by classical Den Hartog method.
Kim, Nam-Wook;Yoon, Young-Min;Ha, Seung-Bum;Lim, Won-Sik;Park, Young-Il;Lee, Jang-Moo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.11a
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pp.533-536
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2005
In this paper, a new drive system(SHS) for hybrid electric vehicle is proposed. As dual rotor hybrid electric vehicle using planetary gearsets, the SHS has the advantages of both series and parallel systems. The output speed and torque of SHS can be determined at specific point regardless of the engine's operating point. When the size of generator which is used in SHS is same as in THS, the SHS has more activities of engine control due to the ability that is operated in lower speed range. To maximize the performance of system, we carried out optimization for the three parameters that are engine, motorl and motor2. As the result of the optimization, we confirmed the SHS is more preferable to THS in fuel consumption and acceleration area.
In this study, optimal distribution of springs which supports a cantilever beam is investigated to minimize two objective functions defined. The optimal size and location of the springs are ascertained to minimize the tip deflection of the cantilever beam. Afterwards, the optimization problem of springs is set up to minimize the tip absolute acceleration of the beam. The Fourier Transform is applied on the equation of motion and the response of the structure is defined in terms of transfer functions. By using any structural mode, the proposed method is applied to find optimal stiffness and location of springs which supports a cantilever beam. The stiffness coefficients of springs are chosen as the design variables. There is an active constraint on the sum of the stiffness coefficients and there are passive constraints on the upper and lower bounds of the stiffness coefficients. Optimality criteria are derived by using the Lagrange Multipliers. Gradient information required for solution of the optimization problem is analytically derived. Optimal designs obtained are compared with the uniform design in terms of frequency responses and time response. Numerical results show that the proposed method is considerably effective to determine optimal stiffness coefficients and locations of the springs.
In this paper, an identification method of impact force is proposed for composite structures. In this method, the relation between force histories and strain responses is first formulated. The transfer matrix, which relates the strain responses of sensors and impact force information, is constructed from the finite element method (FEM). Based on this relation, an optimization model to minimize the difference between the measured strain responses and numerically evaluated strain responses is built up to obtain the impact force history. The identification of force history is performed by a modified least-squares method that imposes the penalty on the first-order derivative of the force history. Moreover, from the relation of strain responses and force history, an error vector indicating the force location is defined and used for the force location identification. The above theory has also been extended into the cases when using acceleration information instead of strain information. The validity of the present method has been verified through two experimental examples. The obtained results demonstrate that the present approach works very well, even when the internal damages in composites happen due to impact events. Moreover, this method can be used for the real-time health monitoring of composite structures.
The reliability issue of IGBT is a concern for researchers given the critical role the device plays in the safety of operations of the converter system. The reliability of power devices can be estimated from the intermittent life test, which aims to simulate typical applications in power electronics in an accelerated manner to obtain lifetime data. However, the test is time-consuming, as testing conditions are not well considered and only rough provisions have been made in the current standards. Acceleration of the test by changing critical test conditions is controversial due to the activation of unexpected failure mechanisms. Therefore, full investigations were conducted on critical test conditions of intermittent life test. A design optimization process for IGBT intermittent life testing program was developed to save on test times without imposing additional failure mechanisms. The applicability of the process has been supported by a number of tests and failure analysis of the test results. The process proposed in this paper can guide the test process for other power semiconductors.
A damper is a hydraulic device designed to absorb or eliminate shock impulses which is acting on the sprung mass of vehicle. It converting the kinetic energy of the shock into another form of energy, typically heat. In a vehicle, a damper reduce vibration of car, leading to improved ride comfort and running stability. Therefore, a damper is one of the most important components in a vehicle suspension system. Conventionally, the design process of vehicle suspensions has been based on trial and error approaches, where designers iteratively change the values of the design variables and reanalyze the system until acceptable design criteria are achieved. Therefore, the ability to tune a damper properly without trial and error is of great interest in suspension system design to reduce time and effort. For this reason, a many previous researches have been done on modeling and simulation of the damper. In this paper, we have conducted optimal design process to find optimal design parameters of damping force which minimize a acceleration of sprung mass for a given suspension system using genetic algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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