The simulation of non-stationary wind velocity is particularly crucial for the wind resistant design of slender structures. Recently, some data-driven simulation methods have received much attention due to their straightforwardness. However, as the number of simulation points increases, it will face efficiency issues. Under such a background, in this paper, a time-varying coherence matrix decomposition method based on Diagonal Proper Orthogonal Decomposition (DPOD) interpolation is proposed for the data-driven simulation of non-stationary wind velocity based on S-transform (ST). Its core idea is to use coherence matrix decomposition instead of the decomposition of the measured time-frequency power spectrum matrix based on ST. The decomposition result of the time-varying coherence matrix is relatively smooth, so DPOD interpolation can be introduced to accelerate its decomposition, and the DPOD interpolation technology is extended to the simulation based on measured wind velocity. The numerical experiment has shown that the reconstruction results of coherence matrix interpolation are consistent with the target values, and the interpolation calculation efficiency is higher than that of the coherence matrix time-frequency interpolation method and the coherence matrix POD interpolation method. Compared to existing data-driven simulation methods, it addresses the efficiency issue in simulations where the number of Cholesky decompositions increases with the increase of simulation points, significantly enhancing the efficiency of simulating multivariate non-stationary wind velocities. Meanwhile, the simulation data preserved the time-frequency characteristics of the measured wind velocity well.
기존의 멀티스케일 유한요소법(Multiscale finite element, FE2 )은 거시 스케일의 모든 적분점에서 대표 체적요소(representative volume element, RVE)의 미시 경계치 문제를 반복적으로 계산하기 때문에 긴 해석 시간과 많은 데이터 저장 공간을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서 평균장 균질화 데이터 기반 멀티스케일 해석 기법을 개발하였다. 데이터 기반 전산역학(data-driven computational mechanics, DDCM) 해석은 변형률-응력 데이터 셋을 직접적으로 사용하는 모델-프리(model-free)접근 방식이다. 멀티스케일 해석을 수행하기 위해, 평균장 균질화(mean-field homogenization)를 활용하여 복합재의 미세구조에 대한 변형률-응력 데이터베이스(database)를 효율적으로 구축하고, 이를 기반으로 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문에서는 개발한 멀티 스케일 해석 프레임워크(framework)를 예제에 적용하여, 초탄성(hyperelasticity) 복합재의 미세 구조를 고려한 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 따라서, 데이터 기반 전산역학 접근 방식을 활용한 멀티스케일 해석기법은 다양한 재료 및 구조에 적용될 수 있으며, 멀티스케일 해석 연구 및 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
The key to model-based iterative reconstruction (MBIR) algorithms for transmission computed tomography lies in the ability to accurately model the data formation process from the emitted photons produced in the transmission source to the measured photons at the detector. Therefore, accurately modeling the system matrix that accounts for the data formation process is a prerequisite for MBIR-based algorithms. In this work we compared quantitative performance of the three representative ray-driven methods for calculating the system matrix; the ray-tracing method (RTM), the distance-driven method (DDM), and the strip-area based method (SAM). We implemented the ordered-subsets separable surrogates (OS-SPS) algorithm using the three different models and performed simulation studies using a digital phantom. Our experimental results show that, in spite of the more advanced features in the SAM and DDM, the traditional RTM implemented in the OS-SPS algorithm with an edge-preserving regularizer out-performs the SAM and DDM in restoring complex edges in the underlying object. The performance of the RTM in smooth regions was also comparable to that of the SAM or DDM.
We propose a data-driven kinematic control method for a robotic spatial augmented reality (RSAR) system. We assume a scenario where a robotic device and a projector-camera unit (PCU) are assembled in an ad hoc manner with loose kinematic specifications, which hinders the application of a conventional kinematic control method based on the exact link and joint specifications. In the proposed method, the kinematic relation between a PCU and joints is represented as a set of B-spline surfaces based on sample data rather than analytic or differential equations. The sampling process, which automatically records the values of joint angles and the corresponding external parameters of a PCU, is performed as an off-line process when an RSAR system is installed. In an on-line process, an external parameter of a PCU at a certain joint configuration, which is directly readable from motors, can be computed by evaluating the pre-built B-spline surfaces. We provide details of the proposed method and validate the model through a comparison with an analytic RSAR model with synthetic noises to simulate assembly errors.
Purpose: Because of the growing concern over fossil fuel use and increasing demand for greenhouse gas emission reduction since the 1990s, the building energy analysis field has produced various types of methods, which are being applied more often and broadly than ever. A lot of research products have been actively proposed in the area of the building energy simulation for over 50 years around the world. However, in the last 20 years, there have been only a few research cases where the trend of building energy analysis is examined, estimated or compared. This research aims to investigate a trend of the building energy analysis by focusing on methodology and characteristics of each method. Method: The research papers addressing the building energy analysis are classified into two types of method: engineering analysis and algorithm estimation. Especially, EPG(Energy Performance Gap), which is the limit both for the existing engineering method and the single algorithm-based estimation method, results from comparing data of two different levels- in other words, real time data and simulation data. Result: When one or more ensemble algorithms are used, more accurate estimations of energy consumption and performance are produced, and thereby improving the problem of energy performance gap.
Bridge scour is one of the predominant causes of bridge failure. Current climate deterioration leads to increase of flooding frequency and severity and thus poses a higher risk of bridge scour failure than before. Recent studies have explored extensively the vibration-based scour monitoring technique by analyzing the structural modal properties before and after damage. However, the state-of-art of this area lacks a systematic approach with sufficient robustness and credibility for practical decision making. This paper attempts to develop a data-driven methodology for bridge scour monitoring using support vector machines. This study extracts features from the bridge dynamic responses based on a generic sensitivity study on the bridge's modal properties and selects the features that are significantly contributive to bridge scour detection. Results indicate that the proposed data-driven method can quantify the bridge scour damage with satisfactory accuracy for most cases. This paper provides an alternative methodology for bridge scour evaluation using the machine learning method. It has the potential to be practically applied for bridge safety assessment in case that scour happens.
내연기관 엔진 성능평가를 위해서는 다양한 방법이 사용된다. 그러나 기존에 사용되던 방법들에는 각자 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 엔진 성능평가 방법들의 한계들을 극복하고자 데이터 기반 모델 및 물리 기반 모델 연동 엔진 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 터보차저 엔진 작동 과정에 관여하는 대표적인 구성 요소들을 식별하고 각 구성 요소는 특성에 맞게 데이터 기반 모델 혹은 물리 기반 모델로 모델링되었다. 설계된 구성 요소 모델들을 C++ 및 Python으로 구현 및 결합하여 엔진 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터의 정상 동작을 확인하기 위하여 여러 변수의 수렴성을 시험하였다. 최종적으로 시뮬레이션 결과와 실제 엔진 시험 결과의 비교에서 대부분 변수가 5% 이하의 오차를 보임에 따라 시뮬레이션 모델이 검증되었음을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 시뮬레이터를 적용한다면 적은 노력으로 다양한 엔진 모델들에 대한 성능평가가 가능할 것으로 기대된다. 동시에 추후 엔진 디지털트윈 개발 시 시뮬레이터가 핵심 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 새로운 병렬 이벤트구동 로직 시뮬레이션 기법을 제안한다. 제안한 예측에 기반한 병렬 이벤트구동 시뮬레이션 기법은 병렬 이벤트구동 시뮬레이션에서 다른 로컬시뮬레이션과의 연동 과정에서 사용되는 입력값과 출력값에 실제값과 예측값을 함께 사용함으로써 성능 향상의 제약 요소인 동기 오버헤드 및 통신 오버헤드를 크게 감소시킬 수 있다. 본 논문에서 제안한 예측기반 병렬 이벤트구동 로직 시뮬레이션의 유용함은 다수의 디자인들에 적용한 실험을 통하여 확인할 수 있었다.
Park, Sangwoo;Lee, Inseop;Lee, Junseok;Sul, Sanghun
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제16권8호
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pp.2831-2845
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2022
Compared to the significant approach of project-based learning research, a data-driven design project-based learning has not reached a meaningful consensus regarding the most valid and reliable method for assessing design creativity. This article proposes an advanced information data-interactive learning system for creative design using a service design process that combines a design thinking. We propose a service framework to improve the convergence design process between students and advanced information data analysis, allowing students to participate actively in the data visualization and research using patent data. Solving a design problem by discovery and interpretation process, the Advanced information-interactive learning framework allows the students to verify the creative idea values or to ideate new factors and the associated various feasible solutions. The student can perform the patent data according to a business intelligence platform. Most of the new ideas for solving design projects are evaluated through complete patent data analysis and visualization in the beginning of the service design process. In this article, we propose to adapt advanced information data to educate the service design process, allowing the students to evaluate their own idea and define the problems iteratively until satisfaction. Quantitative evaluation results have shown that the advanced information data-driven learning system approach can improve the design project - based learning results in terms of design creativity. Our findings can contribute to data-driven project-based learning for advanced information data that play a crucial role in convergence design in related standards and other smart educational fields that are linked.
In this paper, PHM (Prognostics and Health Management) techniques are briefly outlined. Prognostics, being a central step within the PHM, is explained in more detail, stating that there are three approaches - experience based, data-driven and model based approaches. Representative articles in the field of prognostics are also given in terms of the type of faults. Model based method is illustrated by introducing a case study that was conducted to the crack growth of the gear plate in UH-60A helicopter. The paper also addresses the comparison of the OBM (Overall Bayesian Method), which was developed by the authors with the PF (Particle Filtering) method, which draws great attention recently in prognostics, through the study on a simple crack growth problem. Their performances are examined by evaluating the metrics introduced by PHM society.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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