This study is directed for the development of an efficient system-level Importance Sampling Technique for system reliability analysis of bridge structures Many methods have been proposed for structural reliability assessment purposes, such as the First-order Second-Moment Method, the Advanced Second-Moment Method, Computer Simulation, etc. The Importance Sampling Technique can be employed to obtain accurate estimates of the required probability with reasonable computation effort. Based on the observation and the results of application, it nay be concluded that Importance Sampling Method is a very effective tool for the system reliability analysis.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권4호
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pp.537-547
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2015
A Monte Carlo (MC) simulation was conducted to predict the reliability of a newly developed pyrotechnic pin puller. The reliability model is based on the stress-strength interference model that states that failure occurs if the stress exceeds the strength. In this study, the stress is considered to be the energy consumed by movement of a pin shaft, and the strength is considered to be the energy generated by pyrotechnic combustion for driving the pin shaft. Failure of the pin puller can thus be defined as the consumed energy being greater than the generated energy. These energies were calculated using a performance model formulated in the previous study of the present authors. The MC method was used to synthesize the probability densities of the two energies and evaluate the reliability of the pin puller. From a probabilistic perspective, the calculated reliability was compared to a deterministic safety factor. A sensitivity analysis was also conducted to determine which design parameters most affect the reliability.
There are continuous efforts to mitigate structural losses from earthquakes and manage risk through seismic risk assessment; seismic fragility curves are widely accepted as an essential tool of such efforts. Seismic fragility curves can be classified into four groups based on how they are derived: empirical, judgmental, analytical, and hybrid. Analytical fragility curves are the most widely used and can be further categorized into two subgroups, depending on whether an analytical function or simulation method is used. Although both methods have shown decent performances for many seismic fragility problems, they often oversimplify the given problems in reliability or structural analyses owing to their built-in assumptions. In this paper, a new method is proposed for the development of seismic fragility curves. Integration with sophisticated software packages for reliability analysis (FERUM) and structural analysis (ZEUS-NL) allows the new method to obtain more accurate seismic fragility curves for less computational cost. Because the proposed method performs reliability analysis using the first-order reliability method, it provides component probabilities as well as useful byproducts and allows further fragility analysis at the system level. The new method was applied to a numerical example of a 2D frame structure, and the results were compared with those by Monte Carlo simulation. The method was found to generate seismic fragility curves more accurately and efficiently. Also, the effect of system reliability analysis on the development of seismic fragility curves was investigated using the given numerical example and its necessity was discussed.
Reliability-based design approaches are needed for cylindrical shell structure whose design and operational experiences are few and which are subjected to external loads of random loads. In designing new type of structure, it is very difficult to evaluate the safety factors due to lack of previous design data and operational experience. To solve the above mentioned problem, much attention is being focussed on rational reliability based design approaches. This paper deals with weight-optional reliability-based design of cylindrical shell structure subjected to structural reliability constraints taking into account of the effect of local buckling and interactive behavior between local and global buckling. Present mentioned is compared with the exiting optional design method based only on safety factors. Numerical simulation reveals that the present method leads to lighter structure (4% reduction in weight compared to the existing optimal design) with the same reliability index. For larger structures with more number of structural members and possible failure modes, the present W0RBD procedure will be an efficient tool in designing cost-effective rationalized economic design.
In this paper, we deal with a simulation-based reliability and maintainability design problem of a warship and want to determine the optimal values of MTBF and MTTR of all units and ALDT of the warship. The system availability and life cycle cost are used as optimization criteria and estimated by simulation. A hybrid genetic algorithm with a heuristic method is proposed to find near-optimal solutions and numerical examples are also studied to investigate the effect of model parameters to the optimal solutions and compare with a general genetic algorithm.
Based on the reliability theory and limit analysis method, the roof stability of a shallow tunnel is investigated under the condition of surface settlement. Nonlinear Hoek-Brown failure criterion is adopted in the present analysis. With the consideration of surface settlement, the internal energy and external work are calculated. Equating the rate of energy dissipation to the external rate of work, the expression of support pressure is derived. With the help of variational approach, a performance function is proposed to reliability analysis. Improved response surface method is used to calculate the Hasofer-Lind reliability index and the failure probability. In order to assess the validity of the present results, Monte-Carlo simulation is performed to examine the correctness. Sensitivity analysis is used to estimate the influence of different variables on reliability index. Among random variables, the unit weight significantly affects the reliability index. It is found that the greater coefficient of variation of variables lead to the higher failure probability. On the basis of the discussions, the reliability-based design is achieved to calculate the required tunnel support pressure under different situations when the target reliability index is obtained.
This paper presents a design methodology for determining configurations of slider air bearings considering the randomness of the air-bearing surface (ABS) geometry by using the iSIGHT. A reliability-based design optimization (RBDO) problem is formulated to minimize the variations in the mean values of the flying heights from a target value while satisfying the desired probabilistic constraints keeping the pitch and roll angles within a suitable range. The reliability analysis is employed to estimate how the fabrication tolerances of individual slider parameters affect the final flying attitude tolerances. The proposed approach first solves the deterministic optimization problem. Then, beginning with this solution, the RBDO is continued with the reliability constraints affected by the random variables. Reliability constraints overriding the constraints of the deterministic optimization attempt to drive the design to a reliability solution with minimum increase in the objective. The simulation results of the RBDO are listed in comparison with the values of the initial design and the results of the deterministic optimization, respectively. To show the effectiveness of the proposed approach, the reliability analyses are simply carried out by using the mean value first-order second-moment (MVFO) method. The Monte Carlo simulation of the RBDO's results is also performed to estimate the efficiency of the proposed approach. Those results are demonstrated to satisfy all the desired probabilistic constraints, where the target reliability level for constraints is defined as 0.8.
Kim, Dong-Wook;Sung, Young-Hwa;Jeung, Gi-Woo;Jung, Sang-Sik;Kim, Hong-Joon;Kim, Dong-Hun
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제7권1호
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pp.46-50
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2012
The current paper presents an effective methodology for assessing the reliability of electromagnetic designs when considering uncertainties of design variables. To achieve this goal, the reliability index approach based on the first-order reliability method is adopted to deal with probabilistic constraint functions, which are expressed in terms of random design variables. The proposed method is applied to three different designs of a superconducting magnetic energy storage system that corresponds to initial, deterministic, and roust designs. The validity and efficiency of the method is investigated with reference values obtained from Monte Carlo simulation.
In order to take account of the statistical properties of probability variables used in the structural analysis, the conventional approach using the safety factor based on past experience usually estimated the safety of a structure. The real structures could only be analyzed with the error in estimation of loads, material characters and the dimensions of the members. But the errors should be considered systematically in the structural analysis. Structural safety could not precisely be appraised by the traditional structural design concept. Recently, new approach based on the probability concept has been applied to the assessment of structural safety using the reliability concept. Thus, the computer program by the Probabilistic FEM is developed by incorporating the probabilistic concept into the conventional FEM method. This paper estimated for the reliability of a plane stress structure by Advanced First-Order Second Moment method using von Mises, Tresca and Mohr-Coulomb failure criterions. The reliability index and failure probability of attained by the Monte Carlo Simulation method with the von Mises criterion were same as PFEM, but the Monte Carlo Simulation were very time-consuming. The variance of member thickness and load could influence the reliability and failure probability most sensitively among the design variables from the results of the parameter analysis. And proper failure criterion must be used to design safely.
최적설계는 설계자가 요구하는 제한조건을 만족시키는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 설계점을 찾는 방법이다. 그러나 기존의 최적설계는 설계변수의 불확실성을 고려하지 않아 최적해가 제한조건의 경계에 위치하고, 이것은 모델링과정이나 가공 등으로 인한 오차의 영향을 고려하지 않는 문제점이 있다. 신뢰성 기반 최적설계는 불확실성을 정량화하면서 신뢰도를 계산하는 신뢰도 해석과정과 최적설계 과정을 포함한다. 일반적으로 신뢰성 해석은 크게 추출법, 급속 확률 적분법, 모멘트 기반 신뢰성 해석이 있다. 가장 널리 사용되는 급속 확률 적분법 중 최대 손상 가능점(MPP) 방법은 많은 MPP점이 존재하는 경우 수치적 비용이 증가하는 문제점과 표준 정규분포 공간으로 변환하는 과정에서 제한조건의 비선형성을 증가시켜 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 RBDO를 수행하기에 앞서 선행되어야 할 신뢰성 해석 방법으로 곱분해기법을 사용하였고, 이로부터 민감도 정보를 유도하여 기울기 기반 최적화 알고리즘을 적용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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