Arsalan Mahmoodzadeh;Hawkar Hashim Ibrahim;Laith R. Flaih;Abed Alanazi;Abdullah Alqahtani;Shtwai Alsubai;Nabil Ben Kahla;Adil Hussein Mohammed
Geomechanics and Engineering
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제37권1호
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pp.65-72
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2024
Water ingress poses a common and intricate geological hazard with profound implications for tunnel construction's speed and safety. The project's success hinges significantly on the precision of estimating water inflow during excavation, a critical factor in early-stage decision-making during conception and design. This article introduces an optimized model employing the gene expression programming (GEP) approach to forecast tunnel water inflow. The GEP model was refined by developing an equation that best aligns with predictive outcomes. The equation's outputs were compared with measured data and assessed against practical scenarios to validate its potential applicability in calculating tunnel water input. The optimized GEP model excelled in forecasting tunnel water inflow, outperforming alternative machine learning algorithms like SVR, GPR, DT, and KNN. This positions the GEP model as a leading choice for accurate and superior predictions. A state-of-the-art machine learning-based graphical user interface (GUI) was innovatively crafted for predicting and visualizing tunnel water inflow. This cutting-edge tool leverages ML algorithms, marking a substantial advancement in tunneling prediction technologies, providing accuracy and accessibility in water inflow projections.
This paper presents six novel hybrid machine learning (ML) models that combine support vector machines (SVM), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with the Harris Hawks Optimization (HHO) algorithm. These models, namely HHO-SVM, HHO-DT, HHO-RF, HHO-GB, HHO-XGB, and HHO-CGB, are designed to predict the ultimate strength of both rectangular and circular reinforced concrete (RC) columns. The prediction models are established using a comprehensive database consisting of 325 experimental data for rectangular columns and 172 experimental data for circular columns. The ML model hyperparameters are optimized through a combination of cross-validation technique and the HHO. The performance of the hybrid ML models is evaluated and compared using various metrics, ultimately identifying the HHO-CGB model as the top-performing model for predicting the ultimate shear strength of both rectangular and circular RC columns. The mean R-value and mean a20-index are relatively high, reaching 0.991 and 0.959, respectively, while the mean absolute error and root mean square error are low (10.302 kN and 27.954 kN, respectively). Another comparison is conducted with four existing formulas to further validate the efficiency of the proposed HHO-CGB model. The Shapely Additive Explanations method is applied to analyze the contribution of each variable to the output within the HHO-CGB model, providing insights into the local and global influence of variables. The analysis reveals that the depth of the column, length of the column, and axial loading exert the most significant influence on the ultimate shear strength of RC columns. A user-friendly graphical interface tool is then developed based on the HHO-CGB to facilitate practical and cost-effective usage.
An accurate finite element (FE) model of a structure is essential for predicting reliably its dynamic characteristics. Such a model is used to predict the effects of structural modifications for dynamic design of the structure. These modifications may be imposed by design alterations for operating reasons. Most of the model updating techniques neglect damping and so these updated models can't be used for accurate prediction of vibration amplitudes. This paper deals with the basic formulation of damped finite element model updating method and its use for structural dynamic modifications. In this damped damped finite element model updating method, damping matrices are updated along with mass and stiffness matrices. The damping matrices are updated by updating the damping coefficients. A case involving actual measured data for the case of F-shaped test structure, which resembles the skeleton of a drilling machine is used to evaluate the effectiveness of damped FE model updating method for accurate prediction of the vibration levels and thus its use for structural dynamic modifications. It can be concluded from the study that damped updated FE model updating can be used for structural dynamic modifications with confidence.
Die casting process has been used widely for complex automotive products such as the knuckle, arm and etc. Generally, a part fabricated by casting has limited strength due to manufacturing defects by origin such as the dendrite structure and segregation. As an attempt to offer a solution to these problems, forging has been used as an alternative process. However, the forging process provides limited formability for complex shape products. Rheo-forging of metal offers not only superior mechanical strength but also requires significantly lower machine loads than solid forming processes. This paper presents the results of an A356 aluminum alloy sample, which were obtained by experiment and by simulation using DEFORM 3D. Samples of metal parts were subsequently fabricated by using hydraulic press machinery.
This paper describes laboratory tests carried out to evaluate the influence of class F fly ash (FA) on fracture toughness of plain concretes, specified at the third model fracture. Composites with the additives of: 0%, 20% and 30% siliceous FA were analysed. Fracture toughness tests were performed on axial torsional machine MTS 809 Axial/Torsional Test System, using the cylindrical specimens with dimensions of 150/300 mm, having an initial circumferential notch made in the half-height of cylinders. The studies examined effect of FA additive on the critical stress intensity factor $K_{IIIc}$. In order to determine the fracture toughness $K_{IIIc}$ a special device was manufactured.The analysis of the results revealed that a 20% FA additive causes increase in $K_{IIIc}$, while a 30% FA additive causes decrease in fracture toughness. Furthermore, it was observed that the results obtained during fracture toughness tests are convergent with the values of the compression strength tests.
To gain more knowledge of aluminum foam sandwich structure and promote the engineering application, aluminum foam sandwich consisting of 7050 matrix aluminum foam core and 304 stainless steel face-sheets was studied under three-point bending by WDW-T100 electronic universal tensile testing machine in this work. Results showed that when aluminum foam core was reinforced by 304 steel face-sheets, its load carrying capacity improved dramatically. The maximum load of AFS in three-point bending increased with the foam core density or face-sheet thickness monotonically. And also when foam core was reinforced by 304 steel panels, the energy absorption ability of foam came into play effectively. There was a clear plastic platform in the load-displacement curve of AFS in three-point bending. No crack of 304 steel happened in the present tests. Two collapse modes appeared, mode A comprised plastic hinge formation at the mid-span of the sandwich beam, with shear yielding of the core. Mode B consisted of plastic hinge formation both at mid-span and at the outer supports.
This study first addresses the ineffectiveness of indirect regulation on industrial machines. Analysis of causes of industrial accidents associated with industrial machines further reveals the fact that technical causes need to be resolved at the manufacturing stage to reduce the frequency and strength of industrial accidents. Balanced safety certification on manufacturers and safety inspection on users of industrial machines are then suggested to effectively resolve such technical causes. The effectiveness of such safety certification and safety inspection can be justified by cost-benefit analysis. Particularly, balance in expected benefits of safety certification and safety inspection is a key issue for validity of such analysis. The accumulated benefit-costs for press brake and portable sawing machine confirm the effectiveness of such safety system.
Despite the proliferation of the industrial application of steel tubes, the effect of collision on the surface of steel tubes subject to cyclic loading has largely remained untouched. This paper studies the fatigue behavior of steel tubes which are impacted by an external object. A dent imperfection caused by a collision was modeled and fatigue tests were conducted using a MTS machine. Fatigue life as well as the failure modes were thoroughly discussed in a way that the fatigue life of the dented tubes with similar geometrical specifications at full-scale can be generalized.
In micro hole punching process the burr occurs inevitably, but the burr must be minimized in order to improve the quality and accuracy of the product. In this study, magnetic field-assisted polishing technique is applied to remove the burr which exists in nozzles for ink-jet printer head and proved to be a feasible for deburring by experiment. The deburring characteristics of sheet metals was investigated changing with polishing time and magnetic abrasive size. After the deburring, the burr size has remarkably reduced and roundness of the hole also has improved.
Tensile strength of the woven glass fiber reinforced PET (Poly-Ethylene-Terephthalate) matrix composite manufactured by rapid press consolidation technique was investigated and evaluated. During pre-heating, consolidation and solidification stages, the optimal manufacturing conditions for this composite were discussed based on the void content and tensile properties depending on vacuum condition. It is found that the effect of vacuum condition during preheating gives a substantial difference on the strength as well as microstructure. It is also found that the failure micromechanism shows several energy absorption processes enhancing fracture toughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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