In structural reliability analysis, the response surface method is a powerful method to evaluate the probability of failure. However, the location of experimental points used to form a response surface function must be selected in a judicious way. It is necessary for the highly nonlinear limit state functions to consider the design point and the nonlinear trend of the limit state, because both of them influence the probability of failure. In this paper, in order to approximate the actual limit state more accurately, experimental points are selected close to the design point and the actual limit state, and consider the nonlinear trend of the limit state. Linear, quadratic and cubic polynomials without mixed terms are utilized to approximate the actual limit state. The direct Monte Carlo simulation on the approximated limit state is carried out to determine the probability of failure. Four examples are given to demonstrate the efficiency and the accuracy of the proposed method for both numerical and implicit limit states.
In the paper, one focuses on the problem of duality in non-linear programming, applied to the solution of no-tension problems by means of Limit Analysis (LA) theorems for Not Resisting Tension (NRT) models. In details, one demonstrates that, starting from the application of the duality theory to the non-linear program defined by the static theorem approach for a discrete NRT model, this procedure results in the definition of a dual problem that has a significant physical meaning: the formulation of the kinematic theorem.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.8
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pp.1218-1228
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1997
The move limit strategy is used to avoid the excessive approximation in the structural optimization. The size of move limit has been obtained by engineering experience. Recently, efforts based on analytic methods are performed by some researchers. These methods still have problems, such as prematurity or oscillation of the move limit size. The existing methods usually control the bound of design variables based on the magnitude. Thus, they can not properly handle the configuration variables based on the geometry in the configuration optimization. In this research, the size of move limit is calculated based on the accuracy of approximation. The method is coded and applied to the two-point reciprocal quadratic approximation method. The efficiency is evaluated through examples.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.248-255
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1993
Recently, due to the increasing attention to the structural safety under uncertain environments, many researches on the structural reliability analysis have been peformed. Some useful methods are available to evaluate performance reliability of structures with explicit limit states. However, for large structures, in which structural behaviors can be analyzed with finite element models and the limit states are only expressed implicitly, Monte-Carlo simulation method has been mainly used. However, Monte-Carlo simulation method spends too much computational time on repetitive structural analysis. Many alternative methods are suggested to reduce the computational work required in Monte-Carlo simulation. Response surface method is widely used to improve the efficiency of structural reliability analysis. Response surface method is based on the concept of approximating simple polynomial function of basic random variables for the limit state which is not easily expressed in explicit forms of design random variables. The response surface method has simple algorithm. However, the accuracy of results highly depends on how properly the stochastic characteristics of the original limit state has been represented by approximated function, In this study, an improved response surface method is proposed in which the sampling points for creating response surface are modified to represent the failure surface more adequately and the combined use of a linear response surface function and Rackwitz-Fiessler method has been employed. The method is found to be more effective and efficient than previous response surface methods. In addition more consistent convergence is achieved, Accuracy of the proposed method has been investigated through example.
The purpose of the analysis is the numerical simulation of structures strained to the limit loads. The finite element calculations and experiments with cracked structures have been carried out yielding over limit strains between 10% and 15% by single peak load. Load versus displacement-diagrams and J-diagrams up to the limit load are calculated. By this way the influence of geometric parameters may be assessed in the post yield region. It is proposed to use such calculations to correlate experiments carried out with small specimens to experiments simulating the true dimensions of the design structure.
This paper presents a novel method for predicting the failure probability of structural or mechanical systems subjected to random loads and material properties involving multiple design points. The method involves Multicut High Dimensional Model Representation (Multicut-HDMR) technique in conjunction with moving least squares to approximate the original implicit limit state/performance function with an explicit function. Depending on the order chosen sometimes truncated Cut-HDMR expansion is unable to approximate the original implicit limit state/performance function when multiple design points exist on the limit state/performance function or when the problem domain is large. Multicut-HDMR addresses this problem by using multiple reference points to improve accuracy of the approximate limit state/performance function. Numerical examples show the accuracy and efficiency of the proposed approach in estimating the failure probability.
Recently, some integrated structural identification/damage detection and reliability evaluation of structures with uncertainties have been proposed. However, these techniques are applicable for off-line synthesis of structural identification and reliability evaluation. In this paper, based on the recursive formulation of the extended Kalman filter, an on-line integration of structural identification/damage detection and reliability evaluation of stochastic building structures is investigated. Structural limit state is expanded by the Taylor series in terms of uncertain variables to obtain the probability density function (PDF). Both structural component reliability with only one limit state function and system reliability with multi-limit state functions are studied. Then, it is extended to adopt the recent extended Kalman filter with unknown input (EKF-UI) proposed by the authors for on-line integration of structural identification/damage detection and structural reliability evaluation of stochastic building structures subject to unknown excitations. Numerical examples are used to demonstrate the proposed method. The evaluated results of structural component reliability and structural system reliability are compared with those by the Monte Carlo simulation to validate the performances of the proposed method.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2015.09a
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pp.69-73
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2015
An evaluation of the accidental limit state (ALS) for design of a semi-submersible drilling rig is one of the essential design requirements as well as ultimate limit state (ULS) and fatigue limit state (FLS). This paper describes the ALS evaluation on the explosion accident at shale shaker room of semi-submersible drilling rig. There are three steps for the ALS evaluation such as structural analysis at concept design, risk based safety design and structural analysis at detailed design. For the ALS evaluation at concept design, conceptual explosion overpressure from the Rule guided by the classification society was used in the structural analysis that was carried out using LS-DYNA. To set up the design accidental load (DAL), explosion analysis was carried out using FLACS taking safety barriers into consideration. Then, the structural analysis was carried out applying DAL for the ALS evaluation at detailed design. Through the ALS evaluation on the explosion at shale shaker room, the importance of the risk based safety design was described.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.15-23
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2009
Masonry structures that are very strong in compression fail due to the instability of structural shape of geometry rather than the material stress limit. Considering such structural behavior, the use of the limit theorem that focuses on structural collapse mechanisms is more appropriate for the evaluation of the structural safety of stone voussoir arch bridges. This paper is to investigate structural performance of the stone arch bridges constructed using dry construction method in Korea based on the limit theorem and to exploit the result to develop a system for an structural safety margin. It is expected that this study will help us understand structural behavior of stone voussoir arch bridges in Korea. Also, it will provide a guideline to make engineering decision from the viewpoint of the maintenance of cultural heritages.
Basaga, Hasan Basri;Bayraktar, Alemdar;Kaymaz, Irfan
Structural Engineering and Mechanics
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v.42
no.2
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pp.175-189
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2012
This paper presents an algorithm for structural reliability with the response surface method. For this aim, an approach with three stages is proposed named as improved response surface method. In the algorithm, firstly, a quadratic approximate function is formed and design point is determined with First Order Reliability Method. Secondly, a point close to the exact limit state function is searched using the design point. Lastly, vector projected method is used to generate the sample points and Second Order Reliability Method is performed to obtain reliability index and probability of failure. Five numerical examples are selected to illustrate the proposed algorithm. The limit state functions of three examples (cantilever beam, highly nonlinear limit state function and dynamic response of an oscillator) are defined explicitly and the others (frame and truss structures) are defined implicitly. ANSYS finite element program is utilized to obtain the response of the structures which are needed in the reliability analysis of implicit limit state functions. The results (reliability index, probability of failure and limit state function evaluations) obtained from the improved response surface are compared with those of Monte Carlo Simulation, First Order Reliability Method, Second Order Reliability Method and Classical Response Surface Method. According to the results, proposed algorithm gives better results for both reliability index and limit state function evaluations.
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