• Structural Engineering and Mechanics
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• 제38권1호
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• pp.39-63
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• 2011

Referring to the formulation of physical stochastic optimal control of structures and the scheme of optimal polynomial control, a nonlinear stochastic optimal control strategy is developed for a class of structural systems with hysteretic behaviors in the present paper. This control strategy provides an amenable approach to the classical stochastic optimal control strategies, bypasses the dilemma involved in It$\hat{o}$-type stochastic differential equations and is applicable to the dynamical systems driven by practical non-stationary and non-white random excitations, such as earthquake ground motions, strong winds and sea waves. The newly developed generalized optimal control policy is integrated in the nonlinear stochastic optimal control scheme so as to logically distribute the controllers and design their parameters associated with control gains. For illustrative purposes, the stochastic optimal controls of two base-excited multi-degree-of-freedom structural systems with hysteretic behavior in Clough bilinear model and Bouc-Wen differential model, respectively, are investigated. Numerical results reveal that a linear control with the 1st-order controller suffices even for the hysteretic structural systems when a control criterion in exceedance probability performance function for designing the weighting matrices is employed. This is practically meaningful due to the nonlinear controllers which may be associated with dynamical instabilities being saved. It is also noted that using the generalized optimal control policy, the maximum control effectiveness with the few number of control devices can be achieved, allowing for a desirable structural performance. It is remarked, meanwhile, that the response process and energy-dissipation behavior of the hysteretic structures are controlled to a certain extent.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.157-162
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• 2010

이 논문은 이산 웨이브렛 영역에 기반을 둔 fractal 해석에 관한 것이다. 많이 알려진 퓨리어 변환은 임의 신호의 주파수 해석에 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나 이 방법은 시간 축에서 발생하는 갑작스러운 신호 변환과 비정상적인 신호를 주파수 변환 영역에서 검출하기 어렵다. 웨이브렛 영역에서 극대 값은 Lipschitz 지수 표현이 가능하고, 또한 극대값만 사용하여 영상 데이터의 윤곽선 및 데이터 특성을 표현하는 유용함을 나타내었다. 이것은 극대 값만 사용하여 본래 영상을 재생하는 것도 가능하다. 극대값 해석을 위해서 기름을 사용한 가시화 영상을 획득했다. 그런 후 ship model의 가시화 영상에 적용했다. 더욱이 sediment 입자의 붕괴과정에 의한 fractal 차원을 조사하였다. 본 논문은 가시화 영상의 극대값으로 fractal 차원을 계산하였고, 실험으로 얻은 가시화 영상으로부터 얻은 해석도 적은 데이터로 기존의 방법과 같은 결과를 나타냄을 보였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제21권6호
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• pp.1183-1210
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• 2016

Viscoelastic sandwich structures (VSSs) are widely used in mechanical equipment, but in the service process, they always suffer from aging which affect the whole performance of equipment. Therefore, aging state recognition of VSSs is significant to monitor structural state and ensure the reliability of equipment. However, non-stationary vibration response signals and weak state change characteristics make this task challenging. This paper proposes a novel method for this task based on adaptive second generation wavelet packet transform (ASGWPT) and multiwavelet support vector machine (MWSVM). For obtaining sensitive feature parameters to different structural aging states, the ASGWPT, its wavelet function can adaptively match the frequency spectrum characteristics of inspected vibration response signal, is developed to process the vibration response signals for energy feature extraction. With the aim to improve the classification performance of SVM, based on the kernel method of SVM and multiwavelet theory, multiwavelet kernel functions are constructed, and then MWSVM is developed to classify the different aging states. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed method, different aging states of a VSS are created through the hot oxygen accelerated aging of viscoelastic material. The application results show that the proposed method can accurately and automatically recognize the different structural aging states and act as a promising approach to aging state recognition of VSSs. Furthermore, the capability of ASGWPT in processing the vibration response signals for feature extraction is validated by the comparisons with conventional second generation wavelet packet transform, and the performance of MWSVM in classifying the structural aging states is validated by the comparisons with traditional wavelet support vector machine.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.73-87
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• 2019

파랑의 작용에 의해 유사가 이동되어 연안의 침식 퇴적이 일어나지만 상당히 비선형적이고 비정상적인 과정이므로, 파랑과 침식 퇴적의 상관성을 밝히고 예측하기는 쉽지 않다. 본 연구는 동해안에서 비디오 모니터링으로 얻은 5개 지점의 해빈폭 자료와 인근의 3개 지점의 파랑 모니터링 자료를 연계하여 상관성을 분석하였다. 전체 자료에 대한 상관분석에서는 유의미한 상관성이 없었지만, 기간 및 파랑 조건에 따른 상관분석에서는 주목할 만한 결과들이 제시되었다. 파고의 비초과확률이 약 99% 이상인 경우에는 주기와 해빈폭 변화 사이에 강한 음의 상관성이 있었으며, 주기의 비초과확률이 약 99% 이상인 경우에는 파고와 해빈폭 변화 사이에 강한 음의 상관성이 있었다. 주파향이 해안선 직각 방향과 인접한 경우, 주파향으로 입사하는 파랑에 대해 해빈폭이 확연히 감소하였다. 해빈폭과 파랑 사이에 뚜렷한 계절적 상관성이 나타나지는 않았으나, 태풍과 같은 특정 사건의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과의 실제 현장 적용을 위해서는 이와 같은 조건에 따른 상관 분석을 상세히 하여 해빈폭 변화 경향의 기준이 되는 파랑에 대해 더욱 정확한 정보를 얻을 필요가 있다.

• 환경위생공학
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• 제23권4호
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• pp.73-82
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• 2008

In this study, a dry single-phase anaerobic digestion process (Dranco system) was investigated to evaluate the optimum operational conditions. Several factors such as injection rate of organic waste, biogas production, $CH_4$ content in the biogas, pH of the sludge, $NH_3$-N and VFA concentration were investigated based on the operation of the digestion process for 2 months (short term) and 8 months (long-term). The operation results showed that a small quantity of food waste should be injected every week and that a 10% increase of the microorganism injection rate should be needed. However, normal operation was conducted after 11 weeks based on the designed quantity. The $CH_4$ content in the biogas was high at the beginning and the end of the food injection. However, it was low during week days. When the biogas production was high, the $CH_4$ concentration was low. The biogas production increased with an increase of the injection rate. $100m^3$/ton of biogas was produced from normal operation of the digestion process based on the designed quantity. The pH values of the digestion tank based on short-term operation ranged from 8 to 8.5. However, the pH values ranged from 7.45 to 8.15 after 4 weeks of long-term operation. The $NH_3$-N concentration of short-term operation ranged from 4,500 to 5,500 ppm and it gradually decreased to 2,000ppm after normal operation was commenced. For long-term operation, it was 5,000ppm initially and 3,800ppm after normal operation was commenced. The VFA concentration of sludge was less than 900ppm and 2,500ppm for short and long-term operations, respectively, after normal operation. Overall, the differences between sludge pH, $NH_3$-N and VFA concentrations may be due to the different types of microorganisms and the digestion ability of the microorganisms which exist in the accumulation of non digested organics. Moreover, it may be also caused by the type of food waste. Further investigation is needed to confirm these relationships.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권4호
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• pp.267-279
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• 2023

Data modelling and interpretation for structural health monitoring (SHM) field data are critical for evaluating structural performance and quantifying the vulnerability of infrastructure systems. In order to improve the data modelling accuracy, and extend the application range from data regression analysis to out-of-sample forecasting analysis, an improved most likely heteroscedastic Gaussian process (iMLHGP) methodology is proposed in this study by the incorporation of the outof-sample forecasting algorithm. The proposed iMLHGP method overcomes this limitation of constant variance of Gaussian process (GP), and can be used for estimating non-stationary typhoon-induced response statistics with high volatility. The first attempt at performing data regression and forecasting analysis on structural responses using the proposed iMLHGP method has been presented by applying it to real-world filed SHM data from an instrumented cable-stay bridge during typhoon events. Uncertainty quantification and correlation analysis were also carried out to investigate the influence of typhoons on bridge strain data. Results show that the iMLHGP method has high accuracy in both regression and out-of-sample forecasting. The iMLHGP framework takes both data heteroscedasticity and accurate analytical processing of noise variance (replace with a point estimation on the most likely value) into account to avoid the intensive computational effort. According to uncertainty quantification and correlation analysis results, the uncertainties of strain measurements are affected by both traffic and wind speed. The overall change of bridge strain is affected by temperature, and the local fluctuation is greatly affected by wind speed in typhoon conditions.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.151-160
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• 2006

본 연구에서는 균일단면 뿐만 아니라 불균일 단면을 갖는 곡선보의 동적해석을 효과적으로 수행할 수 있는 새로운 2절점 곡선보 요소를 제안하였다. 전단변형률을 고려한 본 요소는 Hellinger-Reissner 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 또한, 변위장에 대해 무절점 자유도를 추가적으로 도입하여 요소의 수치적 성능을 크게 향상시켰다. 계산의 효율성을 위해, 요소정식화의 최종단계에서 정치조건으로부터 응력매개변수들을 제거하고, 동적축약을 통하여 무절점 자유도 성분들 또한 최종적인 유한요소방정식에서 제거되어 일반적인 변위기저 요소와 같은 자유도를 가지는 유한요소방정식을 얻을 수 있다. 몇 가지 수치예제들에 대한 해석을 통하여, 무절점 자유도와 변위장에 일치하는 적절한 응력매개변수가 혼합요소의 수치적 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 본 연구에서 제안된 2절점 혼합요소가 곡선보의 동적해석에서 매우 정확하고 효율적임을 확인할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제19권5호
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• pp.512-518
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• 2008

고정원에서 발생되는 질소산화물을 $V/TiO_2$ 촉매하에서 암모니아를 이용하여 질소로 제거하는 선택적 촉매 환원법에 대하여 연구하였다. 이러한 SCR 공정은 촉매의 성능이 전체 공정의 성능을 좌우한다. 본 연구에서는 $V/TiO_2$ 촉매들의 저온 및 고온에서의 SCR 반응 특성을 조사하고 촉매상에서의 암모니아 거동을 통한 반응물의 흡 탈착 특성을 파악하였다. 실험은 고정층 반응기에서 수행하였으며, 촉매는 7종의 $TiO_2$에 동일한 양의 바나듐을 담지하였다. 실험결과 각각의 $TiO_2$와 바나듐간의 상호작용에 의해 비화학양론적인 바나듐 산화물들이 다르게 생성되기 때문에 $TiO_2$에 따라 다양한 반응활성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 각 촉매에 대하여 각각 최적의 소성온도가 존재하였으며 촉매의 활성도 각각 다르게 나타났다. 또한 촉매의 $NH_3-TPD$ 실험 결과 SCR 활성과 흡착된 $NH_3$의 양과는 직접적으로 일치하지 않았다.

• Wind and Structures
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• 제13권6호
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• pp.529-556
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• 2010

This paper investigates the correlation of wind characteristics monitored on a cable-stayed bridge. Total five anemoscopes are implemented into the bridge. Two out of 5 anemoscopes in inflow and two out of 5 anemoscopes in wake-flow along the longitudinal direction of the bridge are installed. Four anemoscopes are respectively distributed at two cross-sections. Another anemoscope is installed at the top of the tower. The correlation of mean wind speed and direction, power spectral density, the turbulent intensity and integral length of wind in flow at two cross-sections are investigated. In addition, considering the non-stationary characteristics of wind, the spatial correlation in time-frequency is analyzed using wavelet transform and different phenomenon from those obtained through FFT is observed. The time-frequency analysis further indicates that intermittence, coherence structures and self-similar structures are distinctly observed from fluctuant wind. The flow characteristics around the bridge deck at two positions are also investigated using the field measurement. The results indicate that the mean wind speed decrease when the flow passing through the deck, but the turbulence intensity become much larger and the turbulence integral lengths become much smaller compared with those of inflow. The relationship of RMS (root mean square) of wake-flow and the mean wind speed of inflow is approximately linear. The special structures of wake-flow in time-frequency domain are also analyzed using wavelet transform, which aids to reveal the forming process of wake-flow.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.75-82
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• 2008

댐의 수문 제어는 유입량이 변하는 동안 이루어지는 복잡하고 비선형적인 제어이다. 이 논문에서는 퍼지 추론 기법을 이용하여 유입량이 변하는 동안의 수문을 효과적으로 제어하기 위한 방법을 제안하였다. 특히 단순히 수문 제어에만 머물지 않고 가뭄 때를 대비하여 적정 수위를 유지할 수 있도록 하는 기능과, 하류 지역을 범람을 예방하기 위하여 방류량을 제어할 수 있도록 하는 기능을 보완하였다. 이를 위하여 일반적으로 사용되는 정적인 퍼지 함수를 이용하지 않고 상황에 따라 함수 값이 변하는 동적 퍼지 추론 기법과 방류량 제어를 위한 퍼지 규칙을 함께 적용함으로써 방류량을 제한할 수 있도록 하는 기법을 제안하였다. 제안한 기법을 이용하여 시뮬레이션 실험을 실시한 결과 수문 제어 기능뿐만 아니라 사용자가 지정한 적정 수위를 유지하고 정해진 방류량을 넘지 않도록 하는 방식으로 댐 수문 제어가 이루어짐을 확인할 수 있었다.