• Steel and Composite Structures
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• 제8권2호
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• pp.129-144
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• 2008

This paper demonstrates an application of the perturbation based stochastic finite element method (SFEM) for predicting the performance of structural systems made of composite sections with random material properties. The composite member consists of materials in contact each of which can surround a finite number of inclusions. The perturbation based stochastic finite element analysis can provide probabilistic behavior of a structure, only the first two moments of random variables need to be known, and should therefore be suitable as an alternative to Monte Carlo simulation (MCS) for realizing structural analysis. A summary of stiffness matrix formulation of composite systems and perturbation based stochastic finite element dynamic analysis formulation of structural systems made of composite sections is given. Two numerical examples are presented to illustrate the method. During stochastic analysis, displacements and sectional forces of composite systems are obtained from perturbation and Monte Carlo methods by changing elastic modulus as random variable. The results imply that perturbation based SFEM method gives close results to MCS method and it can be used instead of MCS method, especially, if computational cost is taken into consideration.

• 전산구조공학
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• 제2권4호
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• pp.89-98
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• 1989

구조해석에 사용되는 변수들이 갖고 있는 통계적 특성을 고려하기 위해 기존의 방법에서는 경험에 입각한 안전계수를 사용하여, 변수가 갖고 있는 불확실성을 정성적으로 취급하여 구조물의 안전성을 점검하여 왔다. 그러나, 최근 확률이론에 입각한 신뢰성이론을 적용하여 구조물의 안전성을 보다 정량적으로 파악하여 충분한 경험과 실적이 부족한 새로운 형태의 구조물의 안전성 점검에도 활용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 이러한 추세에 따라, 본 연구에서는 기존의 유한요소법에 확률론적 수법을 가미한 확률 유한요소법을 개발하여, 구조해석에 사용되는 변수들이 갖고 있는 불확실량들이 구조해석의 최종결과에 어떤 영향을 미치는가를 확률적으로 처리하여, 구조물의 안전성을 보다 합리적으로 평가하도록 하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권6호
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• pp.709-726
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• 2016

Corrugated-core sandwich panels are prevalent for many applications in industries. The researches performed with the aim of optimization of such structures in the literature have considered a deterministic approach. However, it is believed that deterministic optimum points may lead to high-risk designs instead of optimum ones. In this paper, an effort has been made to provide a reliable and robust design of corrugated-core sandwich structures through stochastic and probabilistic multi-objective optimization approach. The optimization is performed using a coupling between genetic algorithm (GA), Monte Carlo simulation (MCS) and finite element method (FEM). To this aim, Prob. Design module in ANSYS is employed and using a coupling between optimization codes in MATLAB and ANSYS, a connection has been made between numerical results and optimization process. Results in both cases of deterministic and probabilistic multi-objective optimizations are illustrated and compared together to gain a better understanding of the best sandwich panel design by taking into account reliability and robustness. Comparison of results with a similar deterministic optimization study demonstrated better reliability and robustness of optimum point of this study.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1990년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.22-27
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• 1990

Since an eigenvalue problem in structural analysis has been recognized as an important process for the assessment of structural strength, it is usually to be carried out the eigenvalue analysis or buckling analysis of structures when the compression behabiour of the member is dorminant. In general, various variables involved in the eigenvalue problem have also shown their variability. So it is natural to apply the probabilistic analysis into such problem. Since the limit state equation for the eigenvalue analysis or buckling reliability analysis is expressed implicitly in terms of random variables involved, the probabilistic finite element method is combined with the conventional reliability method such as MVFOSM and AFOSM for the determination of probability of failure due to buckling. The accuracy of the results obtained by this method is compared with results from the Monte Carlo simulations. Importance sampling method is specially chosen for overcomming the difficulty in a large simulation number needed for appropriate accurate result. From the results of the case study, it is found that the method developed here has shown good performance for the calculation of probability of buckling failure and could be used for checking the safety of the calculation of probability of buckling failure and could be used for checking the safely of frame structure which might be collapsed by either yielding or buckling.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.241-250
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• 1991

구조설계에 사용되는 대부분의 변수들은 다소간의 불확실성을 내포하고 있으며, 구조물의 안전성을 향상시키기 위해서는 이러한 불확실성에 대한 체계적인 연구를 통하여 구조설계시 이를 고려하는 것이 바람직하다. 본 논문에서는 선체와 같이 복잡한 구조물의 신뢰성해석을 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 개발하기 위하여, 구조해석의 마지막 단계에서 신뢰성이론을 적용하던 종전의 방법과는 달리, 구조해석의 각 단계마다 확률변수들이 분산특성을 고려할 수 있는 확률 유한요소법을 도입하여, 기존의 신뢰성 이론중 가장 많이 사용되고 있는 2차 모우먼트방법(second moment method)에의 응용에 적합하도록 정식화하고, 이를 바탕으로 유조선 web frame의 신뢰성해석을 수행하여 확률변수들의 분산특성에 따른 web frame의 안전성을 검토하였다. 확률 유한요소법에 의한 신뢰성해석 기법은 유한요소법 알고리즘을 응용한 것이므로, 기존의 각종 유한 요소 package에 본 논문의 신뢰성해석 알고리즘을 도입하는 경우, 기존의 유한요소법에서 사용되는 입력데이타에 확률변수들의 분산특성(C.O.V)등의 통계 데이타만을 추가로 입력하면 구조응답의 평균치뿐만 아니라, 구조물의 신뢰성에 대한 다양한 정보들도 얻을 수 있다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제17권2호
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• pp.267-279
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• 2004

This paper presents an improved Monte Carlo simulation for the probabilistic determination of initial cable forces of cable-stayed bridges under dead loads using the response surfaces method. A response surface (i.e. a quadratic response surface without cross-terms) is used to approximate structural response. The use of the response surface eliminates the need to perform a deterministic analysis in each simulation loop. In addition, use of the response surface requires fewer simulation loops than conventional Monte Carlo simulation. Thereby, the computation time is saved significantly. The statistics (e.g. mean value, standard deviation) of the structural response are calculated through conventional Monte Carlo simulation method. By using Monte Carlo simulation, it is possible to use the existing deterministic finite element code without modifying it. Probabilistic analysis of a truss demonstrates the proposed method' efficiency and accuracy; probabilistic determination of initial cable forces of a cable-stayed bridge under dead loads verifies the method's applicability.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.1448-1454
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• 1994

Data which gathered and used in the field of fatigue and fracture mechanics have a lot of uncertainties. In this case, those uncertainties will make scatter band in evaluation of fatigue life and fracture toughness. Thus, the probabilistic analysis of these data will be needed. For determining the fatigue life in mixed mode, using crack direction law and fatigue crack growth law, the problem is studied as a constrained life minimization. Stress intensity factor(SIF) is computed by approximate solution table(Ewalds/Wanhill 1984) and 0th order PFEM. The variance of fatigue life and SIF are computed by differentiation of tabulated approximate solution and 1st order PFEM. And these are used for criterion of design values, principal parameter determination and modelling. The problem of center cracked plate is solved for checking the PFEM model which is influenced by various parameters like as initial crack length, final crack length, two fatigue parameters in Paris Equation and applied stress.

• 터널과지하공간
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• 제13권5호
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• pp.397-402
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• 2003

일반적으로 암반의 물성은 암반이 가지고 있는 불확실성이란 특성 때문에 하나의 대표치로 표현되는 것보다는 어느 정도의 분산성을 포함하는 값으로 표현되는 것이 타당하다. 이러한 특성은 지하구조물 설계에 중요한 부분이지만 아직까지 잘 정립되지 못한 부분이다. 확률유한요소법은 결정론적 유한요소법에 대비되는 말로써 구조계의 불확실성을 해석에 반영하기 위해 개발된 방법이다. 따라서, 이 방법을 이용하면 구조계의 응답 변화도를 얻을 수 있고 이를 통하여 확률적 안정성 분석이 이루어 질 수 있다. 본 연구에서는 암반물성(변형계수)을 평균과 표준편차로 정의되는 확률변수로 표현하여 정수압상태의 암반에 원형공동이 굴착될 경우 변위의 응답변화도를 분석하였다. 분석된 변위의 응답변화도는 변형계수의 표준편차에 따라 상당한 편차를 보이고 있어 신뢰성 있는 변형계수의 평균과 표준편차를 이용한 지하구조물의 확률적 안정성 분석이 이루어져야 할 필요성을 보여주고 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.195-206
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• 1991

본 논문은 구조부재의 안전성평가에 적용되는 1차 신뢰성해석법들의 비교를 다룬 것으로서, 구조해석 시 재료와 기하학적 변수들의 불확실성을 고려하는 방법과 이를 고려하지 않는 방법으로 편의상 나누어 비교하여 보았다. 전자를 흔히 확율 유한요소법(Stochastic Finite Element Method 또는 Probabilistic Finite Element Method)라고 하는데 이와 구별해 주기 위하여 현재 널리 쓰이는 후자의 방법을 통상적인 신뢰성해석법(Ordinary Reliability Method)이라고 하였다. 이통상적인 방법에서는 구조해석을 단 한번 수행하고 그 결과를 신뢰성 해석과정에 직접 이용한다. 이는 재료 및 기하학적 변수들의 불확실성이 음력이나 변위의 불확실성에 영향을 주지 않고 따라서 그 불확실성의 정도를 하중의 것과 같다는 가정을 이용한다. 본 논문에서는 위의 두방법을 평면 골조구조물의 안전성평가에 적용하였고 그 결과들을 효율성과 응용성 측면에서 비교하였다. 본 논문의 구조모델에 대한 결과에 따르면 재료 및 기하학적 변수들의 불확실성이 비교적 작을때(즉, COV가 약15%이하일 때) 통상적인 신뢰성 해석법은 적용해도 만족할 만한 결과를 주고 효율적인데, 확율유한요소법은 그 COV들이 약15%이상인 구조물에 적용하는 것이 바람직하다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1998년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.157-164
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• 1998

An elasto-plastic stochastic finite element method is developed to evaluate the probability of failure of the underground structure. The Mohr-Coulomb failure criteria is adopted for yield condition. The material properties such as the elastic modulus and the cohesion are assumed to be statistically independent random variables which are modeled as spatial stochastic fields. The displacements around the excavated area and the probability of the failure are examined by varying the coefficient of variance for each variables. It is found that the developed procedure can provide the proper probabilistic information about the failure of the underground structure