The wing is a framework composed chiefly of skin, spars, ribs and can be simplified by matrix structure. In this paper, a displacement reliability of matrix structure is analysed by AFORM(Advanced First Order Reliability Method) and applicability is assessed.
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.
This paper deals with reliability analysis of specially orthotropic plates subjected to transverse lateral pressure loads by using Monte Carlo simulation method. The plates are simply supported around their all edges and have a low short span to plate depth ratio with rectangular plate shapes. Various levels of reliability analyses of the plates are performed within the context of First-Ply-Failure(FPF) analysis such as ply-/laminate-level reliability analyse, failure tree analysis and sensitivity analysis of basic design variables to estimated plate reliabilities. In performing all these levels of reliability analyses, the followings are considered within the Monte Carlo simulation method: (1) input parameters to the strengths of the plates such as applied transverse lateral pressure loads, elastic moduli, geometric including plate thickness and ultimate strength values of the plates are treated as basic design variables following a normal probability distribution; (2) the mechanical responses of the plates are calculated by using simplified higher-order shear deformation theory which can predict the mechanical responses of thick laminated plates accurately; and (3) the limit state equations are derived from polynomial failure criteria for composite materials such as maximum stress, maximum strain, Tsai-Hill, Tsai-Wu and Hoffman.
Reliability-Based Design Optimization (RBDO) is an appropriate framework for obtaining optimal designs by taking uncertainties into account. Large-scale problems with implicit limit state functions and problems with discrete design variables are two significant challenges to traditional RBDO methods. To overcome these challenges, this paper proposes a hybrid method to perform RBDO of structures that links Firefly Algorithm (FA) as an optimization tool to advanced (finite element) reliability methods. Furthermore, the Genetic Algorithm (GA) and the FA are compared based on the design cost (objective function) they achieve. In the proposed method, Weighted Simulation Method (WSM) is utilized to assess reliability constraints in the RBDO problems with explicit limit state functions. WSM is selected to reduce computational costs. To performing RBDO of structures with finite element modeling and implicit limit state functions, a First-Order Reliability Method (FORM) based on the Direct Differentiation Method (DDM) is utilized. Four numerical examples are considered to assess the effectiveness of the proposed method. The findings illustrate that the proposed RBDO method is applicable and efficient for RBDO problems with discrete and continuous design variables and finite element modeling.
Fei, Suozhu;Tan, Xiaohui;Gong, Wenping;Dong, Xiaole;Zha, Fusheng;Xu, Long
Geomechanics and Engineering
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제24권2호
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pp.167-178
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2021
Spatial variability is an inherent uncertainty of soil properties. Current reliability analyses generally incorporate random field theory and Monte Carlo simulation (MCS) when dealing with spatial variability, in which the computational efficiency is a significant challenge. This paper proposes a KL-FORM algorithm to improve the computational efficiency. In the proposed KL-FORM, Karhunen-Loeve (KL) expansion is used for discretizing random fields, and first-order reliability method (FORM) is employed for reliability analysis. The KL expansion and FORM can be used in conjunction, through adopting independent standard normal variables in the discretization of KL expansion as the basic variables in the FORM. To illustrate the effectiveness of this KL-FORM, it is applied to a case study of a strip footing in spatially variable unsaturated soil under rainfall, in which the bearing capacity of the footing is computed by numerical simulation. This case study shows that the KL-FORM is accurate and efficient. The parametric analyses suggest that ignoring the spatial variability of the soil may lead to an underestimation of the reliability index of the footing.
The present study aims at the reliability analysis of steel towers against the limit state of deflection. For this purpose tip deflection of the tower has been obtained after carrying out the dynamic analysis of the tower using modal method. This tip deflection is employed for subsequent reliability analysis. A limit state function based on serviceability criterion of deflection is derived in terms of random variables. A complete procedure of reliability computation is then presented. To study the influence of various random variables on tower reliability, sensitivity analysis has been carried out. Design points, important for probabilistic design of towers, are also located on the failure surface. Some parametric studies have also been included to obtain the results of academic and field interest.
Carbon nanotube field-effect transistors (CNTFETs) have been widely studied as a promising technology to be included in post-complementary metal-oxide-semiconductor integrated circuits. Despite significant advantages in terms of delay and power dissipation, the fabrication process for CNTFETs is plagued by fault occurrences. Therefore, developing a fast and accurate method for estimating the reliability of CNTFET-based digital circuits was the main goal of this study. In the proposed method, effects related to faults that occur in a gate's transistors are first represented as a probability transfer matrix. Next, the target circuit's graph is traversed in topological order and the reliabilities of the circuit's gates are computed. The accuracy of this method (less than 3% reliability estimation error) was verified through various simulations on the ISCAS 85 benchmark circuits. The proposed method outperforms previous methods in terms of both accuracy and computational complexity.
An iterative hybrid structural dynamic reliability prediction model has been developed under multiple-time interval loads with and without consideration of stochastic structural strength degradation. Firstly, multiple-time interval loads have been substituted by the equivalent interval load. The equivalent interval load and structural strength are assumed as random variables. For structural reliability problem with random and interval variables, the interval variables can be converted to uniformly distributed random variables. Secondly, structural reliability with interval and stochastic variables is computed iteratively using the first order second moment method according to the stress-strength interference theory. Finally, the proposed method is verified by three examples which show that the method is practicable, rational and gives accurate prediction.
확정론적 방법으로 안정조건을 만족하는 T형옹벽을 대상으로 지지력, 활동, 전도의 단일파괴류 형에 대해 설계변수를 통계적 독립이고 정규분포로 가정하여 AFOSM 방법으로 신뢰도 해석을하였다. 이를 바탕으로 각 파양모드 사이의 상관성을 고려한 구조물 전체적인 신뢰도는 신뢰지수로 2.05 이었다. 그러므로, 확정론적 설계법에 의해 안전상태로 판단된다 할지라도 신뢰도개념으로는 일반적인 목표신뢰지수(Target reliability index) 3보다 훨씬 낮기 때문에 안정상태로 판단하기는 곤란하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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