• Structural Engineering and Mechanics
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• 제70권6호
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• pp.649-659
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• 2019

Vibration-based structural damage detection through optimization algorithms and minimization of objective function has recently become an interesting research topic. Application of various objective functions as well as optimization algorithms may affect damage diagnosis quality. This paper proposes a new damage identification method using Moth-Flame Optimization (MFO). MFO is a nature-inspired algorithm based on moth's ability to navigate in dark. Objective function consists of a term with modal assurance criterion flexibility and natural frequency. To show the performance of the said method, two numerical examples including truss and shear frame have been studied. Furthermore, Los Alamos National Laboratory test structure was used for validation purposes. Finite element model for both experimental and numerical examples was created by MATLAB software to extract modal properties of the structure. Mode shapes and natural frequencies were contaminated with noise in above mentioned numerical examples. In the meantime, one of the classical optimization algorithms called particle swarm optimization was compared with MFO. In short, results obtained from numerical and experimental examples showed that the presented method is efficient in damage identification.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제75권4호
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• pp.445-454
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• 2020

Structural damage identification (SDI) is a crucial step in structural health monitoring. However, some of the existing SDI methods cannot provide enough identification accuracy and efficiency in practice. A novel whale optimization algorithm (WOA) based method is proposed for SDI by weighting modal data and flexibility assurance criterion in this study. At first, the SDI problem is mathematically converted into a constrained optimization problem. Unlike traditional objective function defined using frequencies and mode shapes, a new objective function on the SDI problem is formulated by weighting both modal data and flexibility assurance criterion. Then, the WOA method, due to its good performance of fast convergence and global searching ability, is adopted to provide an accurate solution to the SDI problem, different predator mechanisms are formulated and their probability thresholds are selected. Finally, the performance of the proposed method is assessed by numerical simulations on a simply-supported beam and a 31-bar truss structures. For the given multiple structural damage conditions under environmental noises, the WOA-based SDI method can effectively locate structural damages and accurately estimate severities of damages. Compared with other optimization methods, such as particle swarm optimization and dragonfly algorithm, the proposed WOA-based method outperforms in accuracy and efficiency, which can provide a more effective and potential tool for the SDI problem.

• Smart Structures and Systems
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• 제25권3호
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• pp.345-368
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• 2020

The present work proposes a self-controlled multi-stage optimization method for damage identification of structures utilizing standard particle swarm optimization (PSO) algorithm. Damage identification problem is formulated as an inverse optimization problem where damage severity in each element of the structure is considered as optimization variables. An efficient objective function is formed using the first few frequencies and mode shapes of the structure. This objective function is minimized by a self-controlled multi-stage strategy to identify and quantify the damage extent of the structural members. In the first stage, standard PSO is utilized to get an initial solution to the problem. Subsequently, the algorithm identifies the most damage-prone elements of the structure using an adaptable threshold value of damage severity. These identified elements are included in the search space of the standard PSO at the next stage. Thus, the algorithm reduces the dimension of the search space and subsequently increases the accuracy of damage prediction with a considerable reduction in computational cost. The efficiency of the proposed method is investigated and compared with available results through three numerical examples considering both with and without noise. The obtained results demonstrate the accuracy of the present method can accurately estimate the location and severity of multi-damage cases in the structural systems with less computational cost.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.85-95
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• 2012

본 논문은 비선형 해석을 통한 완성계 강사장교의 극한 거동에 대해 다룬다. 사장교는 재료적 비선형성과 함께 다양한 기하학적 비선형성을 나타내므로 극한 거동을 명확히 규명하려면 반드시 합리적인 비선형해석이 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합리적인 극한 해석기법을 통해 활하중에 대한 강사장교의 주요한 극한거동을 규명하고자 하였다. 강사장교의 비선형 해석을 위하여 비선형 트러스 요소 및 비선형 프레임 요소를 이용하였고, 강재의 재료적 비선형성을 효율적으로 고려하기 위해 개선소성힌지법을 이용하였다. 활하중에 대한 극한 거동을 합리적으로 분석하기 위해 본 연구에서는 초기형상해석-활하중 해석으로 이어지는 2단계 해석기법을 통해 극한 해석을 수행하였다. 해석 모델은 총 지간장이 920.0 m 사장교를 이용하였고, 방사형 및 팬 형 사장교를 해석에 이용하였다. 극한해석결과를 통해 얻은 하중-변위 곡선, 구조물 변형형상, 소성단면, 휨모멘트분포도 등을 분석하여 활하중에 대한 완성계 사장교의 주요한 극한 거동을 규명하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.737-742
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• 2017

본 최근 기존의 모습과는 다른 고층건물의 형태가 대도시에서 랜드마크로서 주목을 끌고 있으며 혁신적인 건물형태에 대한 탐색은 건축분야에서 지속적으로 이루어질 것이다. 본 연구에서는 소규모의 구조체에 활용되고 있는 $Isotruss^{(R)}$ 그리드를 건물의 외주골조에 적용하여 구조적 성능을 검토하였다. 구조적 거동을 비교하기 위해 다이아그리드 구조시스템을 준거로 하였다. 동일한 규모의 16층, 32층, 48층 건물을 두가지의 구조시스템으로 설계하였다. 아이소트러스 그리드 구조 부재의 선정은 예비적 설계단계로 생각하여 다이아그리드의 강성에 기준한 설계방법을 이용하였다. 경사기둥의 각도로 아이소트러스 구조는 $59^{\circ}$, 다이아그리드 구조는 $68.2^{\circ}$로 하였다. 횡강성, 철골량, 외부골조의 횡력 부담비율, 기둥의 축력 강도비, 고유 진동수를 비교하였다. 6개의 건물 모델을 해석한 결과 두 구조시스템의 구조적 성능은 유사하나 외주골조의 횡하중 분담율이 아이소트러스 그리드 구조가 93.3%로 다이아그리드 구조의 88.7% 보다 약간 커서 코어 기둥의 배치에 있어 유리하다고 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안하는 아이소트러스 그리드 시스템은 입면형태가 독특할 뿐만 아니라 기존의 구조시스템과 동등한 구조적 성능을 보유한 것으로 보인다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권6호
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• pp.210-218
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• 2019

최근 미관과 독창성을 위해서 과감하고 실험적인 형상을 적용한 사장교가 시도되고 있다. 기존에 유사한 사례가 없는 교량의 경우 해석 모델링에 대한 깊은 고민과 검증이 필요하다. S자형 곡선 보도사장교는 역삼각형 트러스 보강거더의 편측에 1면으로 케이블이 배치되어 상시 비틀림이 발생한다. 비틀림 억제를 위해서 중앙 하현재에 배치한 받침을 기준으로 좌, 우측의 상현재에 링크슈를 배치하였다. 첫 번째 연구는 링크슈의 모델링 방법과 격벽 모델링 유무에 관한 것이다. 지점부 횡방향 구조계와 비틀림 강성을 정확히 반영하기 위해서 받침의 회전강성을 이용하는 간접적인 방법이 아닌 링크슈와 격벽을 직접 모델링하는 것이 필요하였다. 두번째 연구는 압축전담 요소인 받침과 인장전담 요소인 링크슈의 횡방향 배치방법에 관한 것이다. 방법1은 곡선반경 외측에서부터 링크슈, 받침, 링크슈의 순서로 배치하는 것이고, 방법2는 받침, 받침, 링크슈로 배치하는 방법이다. 방법2는 방법1과 비교하여 외측 상현재의 응력은 커지고 내측 상현재의 응력은 감소하였다. 받침과 링크슈의 횡방향 배치방법에 따라 상현재의 응력 조정이 가능한 것으로 분석되었다.

• 환경생물
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• 제38권4호
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• pp.507-517
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• 2020

본 연구에서는 외부형태적으로 매우 비슷한 참조기(Larimichthys polyactis) 와 부세(L. crocea)의 두 종 간 구분을 위해 계측형질 분석을 포함한 몇가지 기법들을 수행하였다. 총 48개의 계측형질 중 4개의 유의한 차이를 보이는 계측형질이 파악되었으며(p<0.05) classical dimension에서는 유의한 차이를 보이는 계측형질은 없었다(p>0.05). 오히려, 2가지의 truss dimension(Insertion of dorsal fin base origin of pectoral fin base와 Origin of anal fin base - origin of pectoral fin base)와 2가지의 head part dimension (Most anterior extension of the head - above of eye와 Above of eye posterior aspect of operculum)에서는 유의한 차이가 나타났다(p<0.05). 하지만, 이러한 4가지 계측형질 중 head part dimension의 Above of eye - posterior aspect of operculum의 계측형질을 제외한 나머지 3가지 계측형질들에서 부세가 참조기에 비해 더 큰 수치를 나타내었다(p<0.05). X-ray 분석 결과 curved vertebral column에서 부세는 45.1±2.34°로 참조기의 38.4±1.82°에 비해 8.4% 더 큰 수치를 나타내었다(p<0.05). 머리부위의 표피를 제거한 후의 유상돌기는 두 종에 모두 존재하여 일반적으로 참조기에서만 유상돌기가 존재한다고 알려진 바와는 달리, 유상돌기는 두 종을 구분하기 위한 형질로 볼 수 없었다. 본 연구 결과는 참조기와 부세에서 일부 외부 체형에 의해 명확히 구분 가능함을 시사한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1A호
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• pp.1-13
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• 2010

본 연구에서는 사장교의 기하학적 비선형 거동을 기하학적 비선형 유한요소 해석을 통해 분석한다. 사장교의 주탑 및 거더는 휨 모멘트 뿐만 아니라 케이블의 장력에 의해 축력이 작용한다. 즉, 거더와 주탑은 보-기둥 부재와 같이 휨모멘트와 축력의 상호작용에 의한 대변위 거동을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 기하학적 비선형 해석을 통해 완성계 사장교의 대변위 효과, 주탑 및 거더의 보-기둥 효과 그리고 케이블의 새그효과가 모두 고려된 비선형 거동을 검토하였다. 거더 및 주탑은 6자유도 프레임 요소로 모사하고 사장교 케이블은 새그효과를 효율적으로 고려하기 위해 3자유도 등가 트러스 요소를 사용하여 모사하였다. 해석은 먼저 사하중에 대한 초기 형상 해석을 통해 사하중을 고려하고, 이 후 각기 다른 형태의 활하중에 대한 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 해석 후 각 모델의 변형형상, 각 주요 지점의 하중-변위곡선, 케이블 장력의 변화등의 정량적 수치를 분석하여 고려한 활하중 형태 및 사장교 형식에 대한 주요 기하학적 비선형 거동을 규명하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.219-229
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• 2003

타정식 및 자정식 현수교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석 방법을 제시한다. 먼저 기하학적 선형해석을 수행하여 장력의 초기값을 가정한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 TCUD법에 근거한 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되면 현수교의 주탑 및 보강형의 축방향 변위를 제거하기 위하여, 케이블의 장력과 주탑, 보강형의 압축력, 그리고 주케이블의 절점 수직변위의 수렴된 값은 이용하고 나머지 부재력과 좌표값은 초기값으로 재조정하여 초기부재력법을 적용한다. 케이블요소의 모델링에서 무응력길이를 변수로 추가함으로써 주케이블 및 행어 정착부의 변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화하였고, 초기부재력법을 결합시켜 보강형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻을 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제9권4호
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• pp.117-126
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• 1996

구조물의 손상추정법은 정적방법과 동적방법으로 나눌 수 있다. 정적방법은 정적하중과 정적변위의 관계를 이용하여 구조물의 손상위치와 손상정도를 추정하는 방법으로 동적방법에 비해 수식이 간단하나, 정적하중과 정적변위의 관계만을 사용하여 구조물의 손상을 추정하므로 정적변위에 대한 오차에 매우 민감하다. 동적방법은 구조물의 고유한 진동특성을 나타내는 고유진동수와 진동모우드를 구하여 구조물의 손상을 추정하는 방법으로, 정적방법에 비해 동일한 측점에서 많은 양의 시간기록자료를 계측할 수 는 있으나, 신뢰성이 높은 많은 수의 고유진동수와 진동모우드를 구하기가 어렵다. 본 연구에서는 구조물의 정적변위, 고유진동수와 진동모우드에 대한 민감도행렬을 사용하여 구조물의 정적 및 동적특성을 동시에 고려할 수 있는 구조물의 손상추정법을 제시하였다. 제시한 방법은 구조물의 손상 전.후의 정적변위와 진동모우드의 변화량을 부등구속조건식으로한 최적화기법을 사용하므로, 제한된 계측절점과 오차를 고려할 수 있으며 정적변위와 모우드 민감도행렬이외의 다양한 구조적 특성에 대한 민감도를 구속조건식으로 사용할 수 있다. 트러스구조물에 대한 모의 수치예제를 통한 제안한 방법의 정확성과 효율성을 수치적으로 검증하였다.