The present contribution addresses the parallelization of advanced simulation methods for structural reliability analysis, which have recently been developed for large-scale structures with a high number of uncertain parameters. In particular, the Line Sampling method and the Subset Simulation method are considered. The proposed parallel algorithms exploit the parallelism associated with the possibility to simultaneously perform independent FE analyses. For the Line Sampling method a parallelization scheme is proposed both for the actual sampling process, and for the statistical gradient estimation method used to identify the so-called important direction of the Line Sampling scheme. Two parallelization strategies are investigated for the Subset Simulation method: the first one consists in the embarrassingly parallel advancement of distinct Markov chains; in this case the speedup is bounded by the number of chains advanced simultaneously. The second parallel Subset Simulation algorithm utilizes the concept of speculative computing. Speedup measurements in context with the FE model of a multistory building (24,000 DOFs) show the reduction of the wall-clock time to a very viable amount (<10 minutes for Line Sampling and ${\approx}$ 1 hour for Subset Simulation). The measurements, conducted on clusters of multi-core nodes, also indicate a strong sensitivity of the parallel performance to the load level of the nodes, in terms of the number of simultaneously used cores. This performance degradation is related to memory bottlenecks during the modal analysis required during each FE analysis.
Structural damage identification (SDI) is a crucial step in structural health monitoring. However, some of the existing SDI methods cannot provide enough identification accuracy and efficiency in practice. A novel whale optimization algorithm (WOA) based method is proposed for SDI by weighting modal data and flexibility assurance criterion in this study. At first, the SDI problem is mathematically converted into a constrained optimization problem. Unlike traditional objective function defined using frequencies and mode shapes, a new objective function on the SDI problem is formulated by weighting both modal data and flexibility assurance criterion. Then, the WOA method, due to its good performance of fast convergence and global searching ability, is adopted to provide an accurate solution to the SDI problem, different predator mechanisms are formulated and their probability thresholds are selected. Finally, the performance of the proposed method is assessed by numerical simulations on a simply-supported beam and a 31-bar truss structures. For the given multiple structural damage conditions under environmental noises, the WOA-based SDI method can effectively locate structural damages and accurately estimate severities of damages. Compared with other optimization methods, such as particle swarm optimization and dragonfly algorithm, the proposed WOA-based method outperforms in accuracy and efficiency, which can provide a more effective and potential tool for the SDI problem.
Structural members commonly employed in marine and off-shore structures are usually fabricated from plates and shells. Collision of this class of structures is usually modeled as plate and shell structures subjected to dynamic impact loading. The understanding of the dynamic response and energy transmission of the structures subjected to low velocity impact is useful for the efficient design of this type of structures. The transmissions of transient energy flow and dynamic transient response of these structures under low velocity impact are presented in the paper. The structural intensity approach is adopted to study the elastic transient dynamic characteristics of the plate structures under low velocity impact. The nine-node degenerated shell elements are adopted to model both the target and impactor in the dynamic impact response analysis. The structural intensity streamline representation is introduced to interpret energy flow paths for transient dynamic response of the structures. Numerical results, including contact force and transient energy flow vectors as well as structural intensity stream lines, demonstrate the efficiency of the present approach and attenuating impact effects on this type of structures.
Steel fiber reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) has good workability such as high flowability and good cohesiveness. The workability, compressive strength, splitting tensile strength, and anti-penetration characteristics of three kinds of SFRSCC were investigated in this paper. The fraction of steel fibers of the SFRSCC is 0.5%, 1.5% and 2.0% respectively. The results of the static tests show that the splitting tensile strength increases with the increase of fraction of steel fibers, while the compressive strength of 1.5% SFRSCC is lowest. It is demonstrated that the anti-penetration ability of 1.5% SFRSCC subjected to a velocity projectile (200-500 m/s) is better than 0.5% and 2.0% SFRSCC according to the experimental results. Considering the steel fiber effects, the existing formula is revised to predict penetration depth, and it is revealed that the revised predicted depth of penetration is in good agreement with the experimental results. The conclusion of this paper is helpful to the experimental investigations and engineering application.
Amir Sakhraoui;Fayza Ayari;Maroua Saggar;Rachid Nasri
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.1
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pp.97-106
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2024
This paper presents a significant contribution to aided design by conducting an analytical examination of geometric links with the aim of establishing criteria for assessing an analogy measure of the extrinsic geometric and kinematic characteristics of the Variable Compression Ratio (VCR) engine with a Geared Mechanism (GBCM) in comparison to the existing Fixed Compression Ratio (FCR) engine with a Standard-Reciprocating Crankshaft configuration. Employing a mechanical approach grounded in projective computational methods, a parametric study has been conducted to analyze the kinematic behavior and geometric transformations of the moving links. The findings indicate that in order to ensure equivalent extrinsic behavior and maintain consistent input-output performance between both engine types, precise adjustments of intrinsic geometric parameters are necessary. Specifically, for a VCR configuration compared to an FCR configuration, regardless of compression ratio and gearwheel radius, for the same crankshaft ratios and stroke lengths, it is imperative to halve lengths of connecting rods, and crank radius. These insights underscore the importance of meticulous parameter adjustment in achieving comparable performance across different engine configurations, offering valuable implications for design optimization.
A harmonic type differential quadrature approach for nonlinear dynamic analysis of multi-degree-of-freedom systems has been developed. A series of numerical examples is conducted to assess the performance of the HDQ method in linear and nonlinear dynamic analysis problems. Results are compared with the existing solutions available from other analytical and numerical methods. In all cases, the results obtained are quite accurate.
In this work we provide the theoretical formulation, discrete approximation and solution algorithm for instability problems combing geometric instability at large displacements and material instability due to softening under combined thermo-mechanical extreme loads. While the proposed approach and its implementation are sufficiently general to apply to vast majority of structural mechanics models, more detailed developments are provided for truss-bar model. Several numerical simulations are presented in order to illustrate a very satisfying performance of the proposed methodology.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.4
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pp.59-66
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2016
Recently damage of structures and loss of life by terrorism are internationally increasing. Among these terror that have a possibility to can happen in korea and that can caused lot of human life loss is the vehicle terror. To prevent the vehicle terror, the anti-ram barriers are needed. But domestic standard about anti-ram barriers are not clear. So, in this study, we will utilize and analyze the vehicle impact to evaluate the efficiency of the domestic bollard and suggest the installation standard of those. In Korea, granite, elastic, steel and stainless bollard are used. The performance of those bollard is not available. Elastic bollard couldn't stop the vehicle, and the others just could stop the vehicle only at the speed under 10kph. Therefore, set the variable to reinforce, and evaluate the defence efficiency of bollard. As a result, granite and elastic bollard was not suitable for the anti-ram barriers. Performance of steel bollard increased as thickness grew. So steel bollard should must be thicker than 10T. And the concrete compressive strength effected insignificantly on the defence efficiency, so more than 24MPa compressive concrete be used. Performance of stainless bollard increased as thickness grew. So stainless bollard should must be thicker than 13T.
The mechanical behaviors and chloride resistance performance of fiber reinforced cementitious composites (FRCC) with hybrid polyethylene (PE) and steel fiber (in total 2% by volume) were investigated. Based on micro-mechanics and fracture mechanics, the reason why the tensile strain capacity of FRCC changed obviously was obtained. Besides, the effects of the total surface area of fiber in FRCC on compressive strength and chloride content were clarified. It is found that the improvement of the tensile strain capacity of FRCC with hybrid fiber is attributed to the growth of strain-hardening performance index (the ratio of complementary energy to crack tip toughness). As the total surface area of fiber related with the interfacial transition zone (ITZ) between fiber and matrix increases, compressive strength decreases obviously. Since the total surface area of fiber is small, the chloride resistance performance of FRCC with hybrid PE and steel fiber is better than that of FRCC containing only PE fiber.
Because the cost of performance testing using actual products is expensive, manufacturers use lower-cost computer-aided design simulations for this function. In this paper, we propose using hexahedral meshes, which are more accurate than tetrahedral meshes, for finite element analysis. We propose automatic hexahedral mesh generation with sharp features to precisely represent the corresponding features of a target shape. Our hexahedral mesh is generated using a voxel-based algorithm. In our previous works, we fit the surface of the voxels to the target surface using Laplacian energy minimization. We used normal vectors in the fitting to preserve sharp features. However, this method could not represent concave sharp features precisely. In this proposal, we improve our previous Laplacian energy minimization by adding a term that depends on multi-normal vectors instead of using normal vectors. Furthermore, we accentuate a convex/concave surface subset to represent concave sharp features.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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