A design of a highly stable current-controlled power supply combining the phase-controlled rectifier (PCR), passive filter and active filter is investigated. A digital phase-looked voltage control (PLVC) with a capability of compensating the thyristor firing angles under unvalanced power source is proposed` otherwise the PCR output voltage has low-order subharmonics whose suppression requires a bulky passive filter. The digital PLVC has a fast dynamic characteristics as an inner control loop of the PCR. To suppress further the output ripple, an active filter using a transformer is introduced and its design is described through the frequency domain analysis. An optimal integral, proportional and measurable variable feedback (IPM) controller is designed using the time-weighted performance index based on the time domain analysis. The design method based on the time-weighted performance index gives better response characteristics than that based on the conventional performance index. It is also shown via experimental results that the proposed scheme gives better response characteristics than that based on the conventional performance index. It is also shown via experimental results that the proposed scheme gives good dynamic and static performances.
Due to the Japan's Kobe earthquake in 1995, a cut-and-cover tunnel, which is one of subway facilities, collapsed unexpectedly. As a result, also in Korea, seismic performance needs to be secured for the cut-and-cover tunnel and currently, the subway seismic design standard is based on the seismic performance. However, there is no standard for the damage level or stability level of a member for securing the seismic performance, and the definition of multi-level seismic performance is not sufficient. By contrast to this situation, in the Japan's evaluation method of seismic performance, design earthquake ground motion having reflected there into the subway driving stability is clearly defined and the seismic performance required for structures is classified in detail. This study analyzes the Japan's systematic evaluation method of seismic performance for cut-and-cover tunnels of subway.
In this paper we present a simple and efficient robust optimal design formulation and its application to a resonant-type micro probe. The basic idea is to use the Gradient Index (GI) to improve robustness of the objective and constraint functions. In the robust optimal design procedure, a deterministic optimization for performance of MEMS structures is followed by design sensitivity analysis with respect to uncertainties such as fabrication errors and change of operating conditions. During the process of deterministic optimization and sensitivity analysis, dominant performance and uncertain variables are identified to define GI. The GI is incorporated as a term of objective and constraint functions in the robust optimal design formulation to make both performance and robustness improved. While most previous approaches for robust optimal design require statistical information on design variations, the proposed GI based method needs no such information and therefore is cost-efficient and easily applicable to early design stages. For the micro probe example, robust optimums are obtained to satisfy the targets for the measurement sensitivity and they are compared in terms of robustness and production yield with the deterministic optimums through the Monte Carlo simulation.
Current trend of design technologies shows engineers to objectify or automate the given decision-making process. The numerical optimization is an example of such technologies. However, in numerical optimization, the uncertainties are uncontrollable to efficiently objectify or automate the process. To better manage these uncertainties, Taguchi method, reliability-based optimization and robust optimization are being used. Based on the independence axiom of axiomatic design theory that illustrates the relationship between desired specifications and design parameters, the designs can be classified into three types: uncoupled, decoupled and coupled. To best approach the target performance with the maximum robustness is one of the main functional requirements of a mechanical system. Most engineering designs are pertaining to either coupled or decoupled ones, but these designs cannot currently accomplish a real robustness thus a trade-off between performance and robustness has to be made. In this research, the game theory will be applied to optimize the trade-off.
This paper presents the optimal design of a high-speed (200[km/h]) Linear Synchronous Motor which will be used as a propulsion system of a dynamic tester for catenary-current collection used in railways. Motor performance, especially detent force minimization on various design schemes has been investigated in detail by using FEM (Finite Element Method). Simulation-based DOE (Design of Experiments) method is also applied in order to reduce the large number of analysis according to each design variable and consider the effect among variables. The optimal design in all aspects is proposed by an optimization algorithm using a regression equation derived from the simulation-based DOE and the performance is verified by FEM.
Reliability-based design optimization (RBDO) problem is usually formulated as an optimization problem to minimize an objective function subjected to probabilistic constraint functions which may include deterministic design variables as well as random variables. The challenging task is that, because the probability models of the random variables are often assumed based on limited data, there exists a possibility of selecting inappropriate distribution models and/or model parameters for the random variables, which can often lead to disastrous consequences. In order to select the most appropriate distribution model from the limited observation data as well as model parameters, this study takes into account a set of possible candidate models for the random variables. The suitability of each model is then investigated by employing performance and risk functions. In this regard, this study enables structural design optimization and fitness assessment of the distribution models of the random variables at the same time. As the first paper of a two-part series, this paper describes a new design method considering probability model uncertainties. The robust performance of the proposed method is presented in Part 2. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, an example of ten-bar truss structure is considered. The numerical results show that the proposed method can provide the optimal design variables while guaranteeing the most desirable distribution models for the random variables even in case the limited data are only available.
Since randomness and uncertainties of design parameters are inherent, the robust design has gained an ever increasing importance in mechanical engineering. The robustness is assessed by the measure of performance variability around mean value, which is called as standard deviation. Hence, constraints in robust optimization problem can be approached as probability constraints in reliability based optimization. Then, the FOSM (first order second moment) method or the AFOSM (advanced first order second moment) method can be used to calculate the mean values and the standard deviations of functions describing constraints and object. Among two methods, AFOSM method has some advantage over FOSM method in evaluation of probability. Nevertheless, it is difficult to obtain the mean value and the standard deviation of objective function using AFOSM method, because it requires that the mean value of function is always positive. This paper presented a special technique to overcome this weakness of AFOSM method. The mean value and the standard deviation of objective function by the proposed method are reliable as shown in examples compared with results by FOSM method.
This paper presents a reliability-based shape optimization (RBSO) using the growth-strain method. An actual design involves uncertain conditions such as material property, operational load, Poisson's ratio and dimensional variation. The purpose of the RBSO is to consider the variations of probabilistic constraint and performances caused by uncertainties. In this study, the growth-strain method was applied to shape optimization of reliability analysis. Even though many papers for reliability-based shape optimization in mathematical programming method and ESO (Evolutionary Structural Optimization) were published, the paper for the reliability-based shape optimization using the growth-strain method has not been applied yet. Growth-strain method is applied to performance measure approach (PMA), which has probabilistic constraints that are formulated in terms of the reliability index, is adopted to evaluate the probabilistic constraints in the change of average mises stress. Numerical examples are presented to compare the DO with the RBSO. The results of design example show that the RBSO model is more reliable than deterministic optimization. It was verified that the reliability-based shape optimization using growth-strain method are very effective for general structure. The purpose of this study is to improve structure's safety considering probabilistic variable.
Performance based design(PBD) is the method to make a fire safety design against them after predicting the factors of fire risk in a building. Therefore, predicting fire risk in a building is very important process in PBD. For predicting fire risk of a building, an engineer of PBD must consider various factors such as ignition location, ignition point, ignition source, first ignited item, second ignited item, flash over, the state of door and fire suppression system. But, it is difficult to trust fire safety capacity of the design because the process in Korea' PBD is unprofessional and unreasonable. This paper had surveyed some cases of PBD that had been made in Korea to find the problems of the process to predict fire risk. And it have proposed the improvements of process to predict fire risk of a building.
It has been recognized that damage control must become a more explicit design consideration. In an effort to develop design methods based on performance it is clear that the evaluation of the inelastic response is required. The methods available to the design engineer today are nonlinear time history analyses, or monotonic static nonlinear analyses, or equivalent static analyses with simulated inelastic influences. Some codes proposed the capacity spectrum method based on the nonlinear static(pushover) analysis to determine earthquake-induced demand given the structure pushover curve. This procedure is conceptually simple but iterative and time consuming with some errors. This paper presents a nonlinear direct spectrum method to evaluate seismic Performance of structure, without iterative computations, given the structural initial elastic period and yield strength from the pushover analysis, especially for multi degree of freedom structures. The purpose of this paper is to investigate accuracy and confidence of this method from a point of view of various earthquakes and unloading stiffness degradation parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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