An experimental design technique is developed for estimating the moments of system response functions. It is easy to implement and provides accurate results compared with other traditional methods. It is based on the work of Taguchi, later improved by D'Errico and Zaino. The existing experimental techniques, however, is applicable only for normally distributed cases. In this article the three-level Taguchi method is extended to obtain optimum choice for levels and weights to handle nonnormal distributions. A systematic procedure for reliability analysis is then proposed by using the Pearson system and the narrow system reliability bounds. Illustrative examples including a tolerance optimization problem are shown very accurate comparing with those by Monte-Carlo simulations and the first-order reliability method.
The Conjugate Finite-Step Length" (CFSL) algorithm is proposed to improve the efficiency and robustness of first order reliability method (FORM) for reliability analysis of highly nonlinear problems. The conjugate FORM-based CFSL is formulated using the adaptive conjugate search direction based on the finite-step size with simple adjusting condition, gradient vector of performance function and previous iterative results including the conjugate gradient vector and converged point. The efficiency and robustness of the CFSL algorithm are compared through several nonlinear mathematical and structural/mechanical examples with the HL-RF and "Finite-Step-Length" (FSL) algorithms. Numerical results illustrated that the CFSL algorithm performs better than the HL-RF for both robust and efficient results while the CFLS is as robust as the FSL for structural reliability analysis but is more efficient.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.21
no.3
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pp.209-215
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2009
A new load surface method for reliability of caisson type breakwater was proposed. Linear functions for horizontal wave force and uplift force were estimated by using water level and wave height then they were applied to the reliability analysis of breakwater using first order reliability method(FORM). In the numerical example, sliding and overturning failure probability of caisson type breakwater were analyzed by using load surface and they were compared with those by Monte Carlo simulation.
In this paper, a hybrid uncertain model is applied to system reliability based design optimization (RBDO) of trusses. All random variables are described by random distributions but some key distribution parameters of them which lack information are defined by variation intervals. For system RBDO of trusses, the first order reliability method, as well as monotonicity analysis and the branch and bound method, are utilized to determine the system failure probability; and Improved (${\mu}+{\lambda}$) constrained differential evolution (ICDE) is employed for the optimization process. System reliability assessment of several numerical examples and system RBDO of different truss structures are proposed to verify our results. Moreover, the effect of different classes of interval distribution parameters on the optimum weight of the structure and the reliability index are also investigated. The results indicate that the weight of the structure is increased by increasing the uncertainty level. Moreover, it is shown that for a certain random variable, the optimum weight is more increased by the translation interval parameters than the rotation ones.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.4
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pp.1-12
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1987
The Advanced First Order Second Moment(AFOSM) method is commonly used to determine partial safety factors in the development of probability based LRFD code. However, design format using load and resistance factors based on this method may result in different reliability levels from specified ones. Reliability-Conditioned(RC) method recently proposed by Ayyub et al. gives partial safety factors which do not affect the target reliability level as specified. However, this method has some numerical difficulties and the procedure is not consistent. The proposed RC/AFOSM combined method has not only numerical consistency, but also results in almost constant partial safety factors with respect to various design conditions, and the resulting reliability levels are very close to specified ones.
This paper proposes a novel reliability analysis method which computes reliability index, most probable point and probability of failure of uncertain systems more efficiently and accurately with compared to Monte Carlo, first-order reliability and response surface methods. It consists of Initial and Simulation steps. In Initial step, a number of space-filling designs are selected throughout the variables space, and then in Simulation step, performances of most of samples are estimated via interpolation using the space-filling designs, and only for a small number of the samples actual performance function is used for evaluation. In better words, doing so, we use a simple interpolation function called "reduced" function instead of the actual expensive-to-evaluate performance function of the system to evaluate most of samples. By using such a reduced function, total number of evaluations of actual performance is significantly reduced; hence, the method can be called Reduced Function Evaluations method. Reliabilities of six examples including series and parallel systems with multiple failure modes with truncated and/or non-truncated random variables are analyzed to demonstrate efficiency, accuracy and robustness of proposed method. In addition, a reliability-based design optimization algorithm is proposed and an example is solved to show its good performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.217-224
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2003
The objective of this paper is to suggest the technique of program to perform structural optimization design after reliability analysis to consider the uncertainties of structural reponses. AFOSM method is used for reliability analysis then, structural optimization design is developed for 10-bar truss and 3 span 10 stories planar frame model is subject to reliability indices and probability of failure by reliability analysis. SQP method is used for optimization design method, this method has many attractions. As a result of analyzing with having and not having constraints and uncertainty, the minimum weight of truss and planar frame increased respectively 20.92% and average 8.08%.
Most reliability-based analyses focus on the reliability of the individual components of a structure. There are many advantages to examining the components in combination as an entire structural system. This paper illustrates an algorithm used in the computer program RELSYS (RELiability of SYStems) which computes the system reliability of any structure which can be modeled as a series-parallel combination of its components. A first-order method is used to initially compute the reliability of each individual component. The system reliability is computed by successively reducing the series and parallel systems until the system has been simplified to a single equivalent component. Equivalent alpha vectors are used to account for the correlation between failure modes during the system reduction process.
This study describes structural reliability analysis of actively-controlled structure for which random vibration analysis is incorporated into the first-order reliability method (FORM) framework. The existing approaches perform the reliability analysis based on the RMS response, whereas the proposed study uses the peak response for the reliability analysis. Therefore, the proposed approach provides us a meaningful performance measure of the active control system, i.e., realistic failure probability. In addition, it can deal with the uncertainties in the system parameters as well as the excitations in single-loop reliability analysis, whereas the conventional random vibration analysis requires double-loop reliability analysis; one is for the system parameters and the other is for stochastic excitations. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a numerical example where the proposed approach shows fast and accurate reliability (or inversely failure probability) assessment results of the dynamical active control system against random seismic excitations in the presence of parametric uncertainties of the dynamical structural system.
One of the applicable methods for the stabilization of soil walls is the nailing system which consists of tensile struts. The stability and safety of soil nail wall systems are influenced by the geometrical parameters of the nailing system. Generally, the determination of nailing parameters in order to achieve optimal performance of the nailing system for the safety of soil walls is defined in the framework of optimization problems. Also, according to the various uncertainty in the mechanical parameters of soil structures, it is necessary to evaluate the reliability of the system as a probabilistic problem. In this paper, the optimal design of the nailing system is carried out in deterministic and probabilistic cases using meta-heuristic and reliability-based design optimization methods. The colliding body optimization algorithm and first-order reliability method are used for optimization and reliability analysis problems, respectively. The objective function is defined based on the total cost of nails and safety factors and reliability index are selected as constraints. The mechanical properties of the nailing system are selected as design variables and the mechanical properties of the soil are selected as random variables. The results show that the reliability of the optimally designed soil nail system is very sensitive to uncertainty in soil mechanical parameters. Also, the design results are affected by uncertainties in soil mechanical parameters due to the values of safety factors. Reliability-based design optimization results show that a nailing system can be designed for the expected level of reliability and failure probability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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