This paper presents a technique for determining the optimal number of elements in stochastic finite element analysis based on reliability analysis. Using the change-of-variable perturbation stochastic finite element approach, the probability density function of the dynamic responses of stochastic structures is explicitly determined. This method combines the perturbation stochastic finite element method with the change-of-variable technique into a united model. To further examine the relationships between the random fields, discretization of the random field parameters, such as the variance function and the scale of fluctuation, is also performed. Accordingly, the reliability index is calculated based on the explicit probability density function of responses with Gaussian or non-Gaussian random fields in any number of elements corresponding to the random field discretization. The numerical examples illustrate the effectiveness of the proposed method for a one-dimensional cantilever reinforced concrete column and a two-dimensional steel plate shear wall. The benefit of this method is that the probability density function of responses can be obtained explicitly without the use simulation techniques. Any type of random variable with any statistical distribution can be incorporated into the calculations, regardless of the restrictions imposed by the type of statistical distribution of random variables. Consequently, this method can be utilized as a suitable guideline for the efficient implementation of stochastic finite element analysis of structures, regardless of the statistical distribution of random variables.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.4
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pp.17-26
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2001
In order to estimate peak ground motions and frequency characteristics of strong ground motions in southern korea, we employed the stochastic simulation method with the moment magnitude(M$_{w}$) and the hypocentral distance(R). We estimated same input parameters that account for specific properties of source and propagation processes, and applied them to the stochastic simulation method. The stress drop($\Delta$$\sigma$) of 100-bar was estimated considering results of research in ENA, China, and southern korea. The attenuation parameter x was calculated by analyzing 57 seismograms recorded from September 1996 to October 1997 and the estimation result of the attenuation parameter x is 0.00112+0.000224 R where R is hypocenter distance. We estimated strong ground motion relations using the stochastic simulation method with suitable input parameters(e.g. $\Delta$$\sigma$, x, and so on). At last, we derived relations between hypocentral distances and ground motions(seismic attenuation equation) using results of the stochastic prediction.esults of the stochastic prediction.n.
The sensitivities of a structural response due to variation of its design parameters are prerequisite in the majority of the algorithms used for fundamental problems in engineering as system uncertainties, identification and probabilistic assessments etc. The paper presents the concept of probabilistic sensitivity of suspension bridges with respect to near-fault ground motion. In near field earthquake ground motions, large amplitude spectral accelerations can occur at long periods where many suspension bridges have significant structural response modes. Two different types of suspension bridges, which are Bosporus and Humber bridges, are selected to investigate the near-fault ground motion effects on suspension bridges random response sensitivity analysis. The modulus of elasticity is selected as random design variable. Strong ground motion records of Kocaeli, Northridge and Erzincan earthquakes are selected for the analyses. The stochastic sensitivity displacements and internal forces are determined by using the stochastic sensitivity finite element method and Monte Carlo simulation method. The stochastic sensitivity displacements and responses obtained from the two different suspension bridges subjected to these near-fault strong-ground motions are compared with each other. It is seen from the results that near-fault ground motions have different impacts stochastic sensitivity responses of suspension bridges. The stochastic sensitivity information provides a deeper insight into the structural design and it can be used as a basis for decision-making.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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v.28
no.6
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pp.1447-1456
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2017
Accurate inference of parameters of a stochastic rainfall generation model is essential to improve the applicability of the rainfall generation model which modeled the rainfall process and the structure of rainfall events. In this study, the model parameters of a stochastic rainfall generation model, NSRPM (Neyman-Scott rectangular pulse model), were estimated using DFP (Davidon-Fletcher-Powell), GA (genetic algorithm), Nelder-Mead, and DE (differential evolution) methods. Summer season hourly rainfall data of 20 rainfall observation sites within the Nakdong river basin from 1973 to 2017 were used to estimate parameters and the regional applicability of inference methods were analyzed. Overall results demonstrated that DE and Nelder-Mead methods generate better results than that of DFP and GA methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.291-302
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2005
Due to the importance of the parameter in structural response, the uncertain elastic modulus was located at the center of stochastic analysis, where the response variability caused by the uncertain system parameters is pursued. However when we analyze the so-called stochastic systems, as many parameters as possible must be included in the analysis if we want to obtain the response variability that can reach a true one, even in an approximate sense. In this paper, a formulation to determine the statistical behavior of in-plane structures due to multiple uncertain material parameters, i.e., elastic modulus and Poisson's ratio, is suggested. To this end, the polynomial expansion on the coefficients of constitutive matrix is employed. In constructing the modified auto-and cross-correlation functions, use is made of the general equation for n-th moment. For the computational purpose, the infinite series of stochastic sub-stiffness matrices is truncated preserving required accuracy. To demons4rate the validity of the proposed formulation, an exemplary example is analyzed and the results are compared with those obtained by means of classical Monte Carlo simulation, which is based on the local averaging scheme.
With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.
Generation of evaporation data generally assists in planning, operation, and management of reservoirs and other water works. Annual and monthly evaporation series were generated for King Fahad Dam Lake in Bishah, Saudi Arabia. Data was gathered for period of 22 years. Tests of homogeneity and normality were conducted and results showed that data was homogeneous and normally distributed. For generating annual series, an Autoregressive first order model AR(1) was used and for monthly evaporation series method of fragments was used. Fifty replicates for annual series, and fifty replicates for each month series, each with 22 values length, were generated. Performance of the models was evaluated by comparing the statistical parameters of the generated series with those of the historical data. Annual and monthly models were found to be satisfactory in preserving the statistical parameters of the historical series. About 89% of the tested values of the considered parameters were within the assigned confidence limits
Non-stationary random vibration of linear structures with uncertain parameters is investigated in this paper. A time-domain explicit formulation method is first presented for dynamic response analysis of deterministic structures subjected to non-stationary random excitations. The method is then employed to predict the random responses of a structure with given values of structural parameters, which are used to fit the conditional expectations of responses with relation to the structural random parameters by the response surface technique. Based on the total expectation theorem, the known conditional expectations are averaged to yield the random responses of stochastic structures as the total expectations. A numerical example involving a frame structure is investigated to illustrate the effectiveness of the present approach by comparison with the power spectrum method and the Monte Carlo simulation method. The proposed method is also applied to non-stationary random seismic analysis of a practical arch bridge with structural uncertainties, indicating the feasibility of the present approach for analysis of complex structures.
An usual acoustic emission(AE) event has two widely characterized parameters in time domain, peak amplitude and event duration. But noise in AE measuring may disturb the signals with its parameters and aggrandize the signal incertitude. Experiment activity of detection of the nick inside of porcelain with AE was made and study on AE signal processing with statistic be presented in this paper in order to pick-up information expected from the signal with noise. Effort is concentrated on developing a novel arithmetic to improve extraction of the characteristic from stochastic signal and to enhance the voracity of detection. The main purpose discussed in this paper is to treat with signals on amplitudes with statistic mutuality and power density spectrum in frequency domain, and farther more to select samples for neural networks training by means of least-squares algorithm between real measuring signal and deterministic signals under laboratory condition. By seeking optimization with the algorithm, the parameters representing characteristic of the porcelain object are selected, while the stochastic interfere be weakened, then study for detection on neural networks is developed based on processing above.
A new method called fuzzy factor method for the stationary stochastic response analysis of fuzzy truss with global fuzzy structural parameters is presented in this paper. Considering the fuzziness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the fuzzy correlation function matrix of structural displacement response in time domain is derived by using the fuzzy factor method and the optimization method, the fuzzy mean square values of the structural displacement and stress response in the frequency domain are then developed with the fuzzy factor method. The influences of the fuzziness of structural parameters on the fuzziness of mean square values of the displacement and stress response are inspected via an example and some important conclusions are obtained. Finally, the example is simulated by Monte-Carlo method and the results of the two methods are close, which verified the feasibility of the method given in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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