International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권6호
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pp.577-588
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2016
Due to the uncertainties related to the flaw assessment parameters, such as flaw size, fracture toughness, loading spectrum and so on, the probability concept is preferred over deterministic one in flaw assessment. In this study, efforts have been made to develop the reliability based flaw assessment procedure which combines the flaw assessment procedure of BS7910 and first-and second-order reliability methods (FORM/SORM). Both crack length and depth of semi-elliptical surface crack at weld toe were handled as random variable whose probability distribution was defined as Gaussian with certain means and standard deviations. Then the limit state functions from static rupture and fatigue perspective were estimated using FORM and SORM in joint probability space of crack depth and length. The validity of predicted limit state functions were checked by comparing it with those obtained by Monte Carlo simulation. It was confirmed that the developed methodology worked perfectly in predicting the limit state functions without time-consuming Monte Carlo simulation.
본 연구에서는 국내 16개의 무공케이슨 방파제 설계자료를 이용하여 원호활동에 대한 신뢰성분석을 통하여 신뢰성 수준을 분석하였다. 신뢰성 분석을 위하여 지반의 강도 및 단위중량, 피복재와 상치구조물의 단위중량, 상치구조물 상부에 재하되는 하중의 불확실성을 결정하였다. 해석변수의 불확실성을 반영하여 임의로 재현된 무공케이슨 방파제 물성에 대하여 Bishop 간편법을 이용하여 하중 및 저항을 산정하였다. 충분히 많은 회수의 무공케이슨 방파제에 대한 해석을 Monte Carlo Simulation으로 수행하였고, 모든 해석 케이스에 도출된 하중과 저항 값을 수집하여 통계분석을 하였다. Monte Carlo Simulation으로부터 도출되는 파괴확률이 아주 낮은 경우가 파괴확률의 수렴 문제가 발생하여 하중과 저항의 통계특성을 반영하여 FORM(First-Order Reliability Method) 해석을 통해 신뢰수준을 평가하였다. 무공케이슨 방파제의 안전율, 하중 및 저항의 불확실성, 하중 및 저항의 상관성이 신뢰수준에 미치는 영향을 분석하였다.
A first-order moment method (FORM) reliability analysis is commonly used for structural stability analysis. It requires the values and partial derivatives of the performance to function with respect to the random variables for the design. These calculations can be cumbersome when the performance functions are implicit. A Gaussian process (GP)-based response surface is adopted in this study to approximate the limit state function. By using a trained GP model, a large number of values and partial derivatives of the performance functions can be obtained for conventional reliability analysis with a FORM, thereby reducing the number of stability analysis calculations. This dynamic renewed knowledge source can provide great assistance in improving the predictive capacity of GP during the iterative process, particularly from the view of machine learning. An iterative algorithm is therefore proposed to improve the precision of GP approximation around the design point by constantly adding new design points to the initial training set. Examples are provided to illustrate the GP-based response surface for both structural and non-structural reliability analyses. The results show that the proposed approach is applicable to structural reliability analyses that involve implicit performance functions and structural response evaluations that entail time-consuming finite element analyses.
In this study, effective methods for reliability estimation and reliability-based design optimization(RBDO) are proposed using kriging metamodel and genetic algorithm. In our previous study, we proposed the accurate method for reliability estimation using two-staged kriging metamodel and genetic algorithm. In this study, the possibility of applying the previously proposed method to RBDO is investigated. The efficiency and accuracy of that method were much improved than those of the first order reliability method(FORM). Finally, the effective method for RBDO is proposed and applied to numerical examples. The results are compared to the existing RBDO methods and shown to be very effective and accurate.
본 논문에서는 국내 하중저항계수설계법 개발의 일환으로 구조물기초설계기준에 적용된 항타강관말뚝의 두 정역학적 지지력공식에 대하여 대표적인 신뢰성분석기법인 일차신뢰도법(FORM)과 몬테카를로 시뮬레이션(MCS)을 이용한 강도 높은 신뢰성해석을 수행하고 그 신뢰성수준을 평가하였다. 두 정역학설계법에 대한 저항편향계수는 대표 측정지지력과 설계지지력을 비교함으로써 평가하였다. 국내 정재하시험 및 지반조사 자료를 수집하여 말뚝의 측정 극한지지력을 결정하였고, 정역학적 지지력공식과 Meyerhof 경험식을 이용하여 설계 극한지지력을 산정하였다. 정확하고 효율적인 신뢰성평가를 위해 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션 기반의 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 저항편향계수의 통계치를 이용하여 명시적 형태의 간편법인 평균일계이차모멘트법(MVFOSM)과 개선된 방법인 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 신뢰성해석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 또한 신뢰성 분석에 대한 주요 확률변수의 영향정도와 민감도를 파악하기 위하여 매개변수연구를 수행하였다.
In the present paper, a methodology has been presented for the reliability assessment of concrete barriers that lie at a certain depth in the soil, and a missile (a rigid projectile) impacts the top of the soil cover normally, and subsequently after penetrating the soil cover completely it hits the barrier with certain striking velocity. For this purpose, using expressions available in the literature, striking velocity of missile at any depth of soil has been derived and then expressions for the depths of penetration in crater and tunnel region of concrete barrier have been deduced. These depths of penetration have been employed for the derivation of limit state functions. Using the derived limit state functions reliability assessment of underground concrete barrier has then been carried out through First Order Reliability Method (FORM). To study the influence of various random variables on barrier reliability, sensitivity analysis has also been carried out. In addition, a number of parametric studies is conducted to obtain the results of practical interest.
This study presents the reliability-based flaw assessment for the crack in the mooring chain of a floating type offshore structure. BSI(British Standard Institution) flaw assessment procedure BS7910 was combined with first- and second-order reliability method (FORM, SORM) so that the acceptance of a given flaw can be assessed considering the uncertainties of parameters that play important role in the flaw assessment. Considering the probabilistic nature of the crack size and long-term distribution of the stresses acting on the crack in mooring chain, the failure probability was calculated using FORM and SORM. To check the validity of the FORM and SORM, Monte Carlo simulation was also carried out to derive the true limit state function and compared with the results of FORM and SORM.
One of the possible alternatives of simulation-based time-dependent reliability assessment of pre-stressed biconcave and biconvex cable trusses, the Monte Carlo method, is applied in this paper. The influence of an excessive deflection of cable truss (caused by creep of cables and rheologic changes) on its time-dependent serviceability is investigated. Attention is given to the definition of the basic random variables and their statistical functions (basic, mutually dependent random variables such as the pre-stressing forces of the bottom and top cable, structural geometry, the Young's modulus of elasticity of the cables, and the independent variables, such as permanent load, wind, snow and thermal actions). Then, the determination of the response of the cable truss to the loading effects, and the definition of the limiting values considering serviceability of the structure are performed. The potential of the method, using direct Monte Carlo technique for simulation-based time-dependent reliability assessment as a powerful tool, is emphasized. Results obtained by the First order reliability method (FORM) are compared with those obtained by the Monte Carlo simulation technique.
In this study, the reliablility based design optimization is peformed for an aircraft wing. The flexiblility of the wing was assumed by considering the interaction modeled by static aeroelasticity between aerodynamic forces and the structure. For a multidisciplinary design optimization the results of aerodynamic analysis and structural analysis were included in the optimization formulation. The First Order Reliability Method(FORM) was employed to consider the uncertainty of the designed points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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