Methods of nonlinear stochastic analysis of guyed towers are studied in this paper. Two different kinds of nonlinearities are considered. They are the nonlinear restoring force from the guying system and the nonlinear hydrodynamic force. Analyses are carried out mainly in the frequency domain using linearization techniques. Two methods for the linearization of the nonlinear stiffness are presented, in which the effects of the steady offset and the oscillating component of the structural motion can be adequately analyzed. those two methods are the equivalent linearization method and the average stiffness method. The linearization of the nonlinear drag force is also carried out considering the effect of steady current as well as oscillatory wave motions. Example analyses are performed for guyed tower in 300m water. Transfer functions and the expected maximum values of the deck displacement and the bending moment near the middle of the tower are calculated. Numerical results show that both of the frequency domain methods presented in this paper predict the responses of the sturcture very reasonably compared with those by the time integration method utilzing the random simulations wave particla motions.
This paper deals with the fault detection problem in uncertain linear/non-linear systems having both undermodelling and noise. A robust fault detection method is presented which accounts for the effects of noise, model mismatch and nonlinearities. The basic idea is to embed the unmodelled dynamics in a stochastic process and to use the nominal model with a predetermined fixed denominator. This allows the input /output relationship to be represented as a linear function of the system parameters and also facilitate the quatification of the effect of noise, model mismatch and linearization errors on parameter estimation by the Bayesian method. Comparisons are made via simulations with traditional fault detection methods which do not account for model mismatch or linearization errors. The new method suggested in this paper is shown to have a marked improvement over traditional methods on a number of simulations, which is a consequence of the fact that the new method explicitly for the effects of undermodelling and linearization errors.
본 논문에서는 비선형 지진격리교량의 최적 설계 방법을 제시하였다. 최적설계를 위한 목적함수로는 교각과 지진격리장치의 파괴확률을 고려하였으며, 상충하는 두 목적함수를 동시에 최적화하는 다수의 해를 효율적으로 검색하고자 유전자 알고리즘에 기반한 다목적 최적화기법을 도입하였다. 또한, 최적화 과정에서 요구되는 다수의 비선형 시간이력해석을 수행하지 않고도 교량의 확률적 응답을 효율적으로 예측할 수 있는 추계학적 선형화 방법을 접목하였다. 제시하는 방법의 효율성을 검증하기 위한 수치 예로서 실제 교량인 남한강교를 고려하였고, 제안하는 방법과 기존 비선형 시간이력해석을 이용한 생애주기비용 기반 설계법을 각각 적용하여 내진성능을 비교하였다. 내진성능을 비교한 결과, 제시하는 방법이 기존의 비용에 기반한 최적설계보다 우수한 성능 및 경제성을 보임을 검증하였다. 또한, 다양한 지진하중에 대해서도 제안된 방법이 보다 개선된 성능을 보임을 확인하였다.
본 논문은 비선형 확률 미분 방정식의 시뮬레이션 기법을 다루었다. Monte-Carlo 해를 이 시뮬레이션 기법에 적용하였다. 이 방법은 불규칙 해상의 선박에 대한 비선형 횡요 운동을 해석하는데 적용하였다. 본 연구에서 제시한 방법의 유용성을 검증하기 위해서 시뮬레이션의 결과를 등가 선형화법과 등가 비선형화법의 결과와 비교하였다.
A controller disign method is proposed for multivariable nonlinear stochastic systems with hard nonlinearities such as Coulomb friction, backlash and saturation. In order to take the nonlinearities into account statistical linearization techniques are used. And multi- variable pole placement techniques are applied to design controller for the statistically linearized multivariable systems. The basic concept of the controller design method is to solve two coupled equations, characteristic equation and Lyapunov equation, simultaneously and iteratively for statistically linearized multivariable stochastic systems. An aircraft with saturation serves as a design example. The design example illustrates the influence of nonlinear effects. The results of the analysis are compared to Monte Carlo simulation to test their accuracy.
This paper proposes a method for dynamic output-feedback controller design for stochastic time-delay systems. Based on recent results on time-delay systems control, a tractable and delay-dependent design condition is proposed, which provides a dynamic output-feedback controller to render the closed-loop stochastic time-delay systems to be asymptotically stable in the mean-square sense. The feasibility problem of the proposed condition is recast into a cone complementarity problem. An algorithm adopting cone complementarity linearization is presented to solve the resulting problem.
인접 구조물의 지진응답 제어를 위한 비선형 감쇠시스템의 최적 설계 방법에 관하여 연구하였다. 최적 설계를 위한 목적 함수로는 구조물의 응답과 감쇠기의 총 사용량을 고려하였으며, 상충하는 두 목적함수를 합리적인 수준에서 동시에 최소화하는 해를 구하기 위하여 유전자 알고리즘에 기반한 다목적 최적화 방법을 도입하였다. 또한, 최적화 과정에서 요구되는 비선형 시간이력해석을 수행하지 않고도, 비선형 이력감쇠기로 연결된 구조물의 지진응답을 효율적으로 평가하기 위하여 추계학적 선형화 방법을 접목하였다. 제시하는 방법의 효율성을 검증하기 위한 수치 예로서 20층과 10층의 인접 빌딩을 고려하였으며, 두 빌딩을 연결하는 비선형 감쇠시스템으로는 입력전압의 크기에 따라 변화하는 감쇠성능을 보이는 MR 감쇠기를 도입하였다. 제시하는 방법을 통하여 MR 감쇠기의 각 층별 최적 개수 및 감쇠용량을 결정할 수 있었으며, 이는 일반적인 균등분포 시스템에 비해 유사한 제어성능을 보이면서도 훨씬 경제적이었다. 또한, 인접구조물간 충돌에 대하여도 확률적으로 안정적인 거동을 보임을 검증하였으며, 제시하는 방법이 준능동 제어시스템의 최적 배치를 결정하기 위한 설계문제에도 적용할 수 있음을 보였다.
Vessels stability problems need to resolve the nonlinear mathematical models of rolling motion. For nonlinear systems subjected to random excitations, there are very few special cases can obtain the exact solutions. In this paper, the specific differential equations of rolling motion for intact ship considering the restoring and damping moment have researched firstly. Then the partial stochastic linearization method is applied to study the response statistics of nonlinear ship rolling motion in beam seas. The ship rolling nonlinear stochastic differential equation is then solved approximately by keeping the equivalent damping coefficient as a parameter and nonlinear response of the ship is determined in the frequency domain by a linear analysis method finally.
Vessels stability problems need to resolve the nonlinear mathematical models of rolling motion. For nonlinear systems subjected to random excitations, there are very few special cases can obtain the exact solutions. In this paper, the specific differential equations of rolling motion for intact ship considering the restoring and damping moment have researched firstly. Then the partial stochastic linearization method is applied to study the response statistics of nonlinear ship rolling motion in beam seas. The ship rolling nonlinear stochastic differential equation is then solved approximately by keeping the equivalent damping coefficient as a parameter and nonlinear response of the ship is determined in the frequency domain by a linear analysis method finally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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