Reliability Evaluation of Dynamic Systems Excited in Time Domain: Alternative to Random Vibration and Simulation

رویکرد چند رشته‌ای برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان ساختاری برای بارگذاری‌های دینامیکی که جایگزینی عملی برای تئوری و شبیه‌سازی ارتعاش تصادفی ارائه می‌کند

ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم‌های پویا هیجان‌زده در دامنه زمانی – REDSET یک مفهوم چند رشته‌ای است که خوانندگان را قادر می‌سازد تا ریسک اساسی را که در گذشته قابل حل نبود، تخمین بزنند. مانع اصلی این بود که توابع حالت حدی مورد نیاز (LSF) ماهیت ضمنی دارند و عدم پیشرفت در روش‌های ارزیابی قابلیت اطمینان برای این دسته از مشکلات. پیچیده ترین تحلیل قطعی مستلزم این است که بارگذاری های دینامیکی باید در حوزه زمان اعمال شوند. برای ارضای این الزامات، REDSET توسعه یافته است. انواع و اشکال مختلف بارگذاری دینامیکی از جمله لرزه ای، موج ناشی از باد و بارگذاری حرارتی مکانیکی در قالب گرمایش و سرمایش گلوله های لحیم کاری مورد استفاده در تراشه های کامپیوتری برای تایید REDSET در نظر گرفته می شود. نمایش‌های حوزه زمان و روش‌های کمی‌سازی عدم قطعیت از جمله استفاده از تاریخچه‌های زمانی متعدد برای همه این بارگذاری‌های پویا پیشنهاد و نشان داده شده‌اند. هر دو سازه خشکی و فراساحلی برای اعتبارسنجی استفاده می شوند. پتانسیل REDSET برای اجرای مفهوم طراحی لرزه ای مبتنی بر عملکرد (PBSD) که اکنون در حال توسعه در ایالات متحده است نشان داده شده است. برای کاربردهای چند رشته‌ای گسترده‌تر، ساختارها با عناصر محدود نمایش داده می‌شوند تا انواع مختلف غیرخطی را به‌طور مناسب‌تری دریافت کنند. هر برنامه رایانه‌ای که قادر به انجام تحلیل دینامیکی حوزه زمانی غیرخطی باشد، می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، و ریسک زیربنایی را می‌توان با کمک چندین ده‌ها یا صدها تحلیل اجزای محدود قطعی تخمین زد که جایگزینی برای رویکرد شبیه‌سازی ارائه می‌کند. برای کمک به درک REDSET، مثال‌های گویا و استراتژی‌های راه‌حل متعددی در هر فصل ارائه شده‌اند. که توسط رهبران فکری برنده جوایز دانشگاهی و حرفه ای نوشته شده است، موضوعات نمونه زیر گنجانده شده است:

• مبانی ارزیابی قابلیت اطمینان از جمله نظریه مجموعه ها، مدل سازی عدم قطعیت، مفهوم طراحی مهندسی مبتنی بر ریسک، و تکامل روش‌های ارزیابی قابلیت اطمینان
• عملکرد ضمنی یا توابع حالت حدی به صراحت توسط روش‌های گسترده بیان می‌شوند. روش سطح پاسخ اصلاح شده با چندین طرح آزمایشی جدید
• روش های کمی سازی عدم قطعیت با چندین تاریخچه زمانی برای بارگذاری های دینامیکی مختلف، با مثال هایی نشان داده شده است < /span>
• ریسک زمینه‌ای را می‌توان با استفاده از هر برنامه رایانه‌ای که ساختارها را توسط عناصر محدود نشان می‌دهد و تنها با چند تحلیل قطعی تخمین زد
• REDSET جایگزینی برای مفهوم ارتعاش تصادفی کلاسیک و روش اصلی شبیه سازی برای اهداف تخمین ریسک است
• REDSET پارادایم طراحی مهندسی فعلی را تغییر می دهد. به جای انجام یک تحلیل قطعی، می توان با کمک چند تحلیل قطعی اضافی، یک طرح را با تحمل بار پویاتر، انعطاف پذیرتر و پایدارتر کرد

< span> انتظار می‌رود این کتاب که REDSET را توصیف می‌کند، مکمل دو کتاب دیگر منتشر شده توسط Wiley و تألیف Haldar و Mahadevan باشد: احتمال، قابلیت اطمینان و روش‌های آماری در طراحی مهندسی و ارزیابی قابلیت اطمینان با استفاده از تحلیل المان محدود تصادفی. این کتاب برای استفاده به عنوان منبع تکمیلی برای دوره های سطح بالا در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد در زمینه قابلیت اطمینان و طراحی مبتنی بر ریسک عالی است.

Multi-disciplinary approach to structural reliability analysis for dynamic loadings offering a practical alternative to the random vibration theory and simulation

Reliability Evaluation of Dynamic Systems Excited in Time Domain – REDSET is a multidisciplinary concept that enables readers to estimate the underlying risk that could not be solved in the past. The major hurdle was that the required limit state functions (LSFs) are implicit in nature and the lack of progress in the reliability evaluation methods for this class of problems. The most sophisticated deterministic analysis requires that the dynamic loadings must be applied in the time domain. To satisfy these requirements, REDSET is developed. Different types and forms of dynamic loadings including seismic, wind-induced wave, and thermomechanical loading in the form of heating and cooling of solder balls used in computer chips are considered to validate REDSET. Time domain representations and the uncertainty quantification procedures including the use of multiple time histories are proposed and demonstrated for all these dynamic loadings. Both onshore and offshore structures are used for validation. The potential of REDSET is demonstrated for implementing the Performance Based Seismic Design (PBSD) concept now under development in the United States. For wider multidisciplinary applications, structures are represented by finite elements to capture different types of nonlinearity more appropriately. Any computer program capable of conducting nonlinear time domain dynamic analysis can be used, and the underlying risk can be estimated with the help of several dozens or hundreds of deterministic finite element analyses, providing an alternative to the simulation approach. To aid comprehension of REDSET, numerous illustrative examples and solution strategies are presented in each chapter. Written by award-winning thought leaders from academia and professional practice, the following sample topics are included:

• Fundamentals of reliability assessment including set theory, modeling of uncertainty, the risk-based engineering design concept, and the evolution of reliability assessment methods
• Implicit performance or limit state functions are expressed explicitly by the extensively modified response surface method with several new experimental designs
• Uncertainty quantification procedures with multiple time histories for different dynamic loadings, illustrated with examples
• The underlying risk can be estimated using any computer program representing structures by finite elements with only few deterministic analyses
• REDSET is demonstrated to be an alternative to the classical random vibration concept and the basic simulation procedure for risk estimation purposes
• REDSET changes the current engineering design paradigm. Instead of conducting one deterministic analysis, a design can be made more dynamic load tolerant, resilient, and sustainable with the help of a few additional deterministic analyses

This book describing REDSET is expected to complement two other books published by Wiley and authored by Haldar and Mahadevan: Probability, Reliability and Statistical Methods in Engineering Design and Reliability Assessment Using Stochastic Finite Element Analysis. The book is perfect to use as a supplementary resource for upper-level undergraduate and graduate level courses on reliability and risk-based design.