Adaptive parametric identification scheme for a class of nondeteriorating and deteriorating nonlinear hysteretic behavior / Seyed Ali Ashrafi in Journal of engineering mechanics, Vol. 134 n°6 (Juin 2008)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 134 n°6 (Juin 2008) . - pp.482–494. Titre : Adaptive parametric identification scheme for a class of nondeteriorating and deteriorating nonlinear hysteretic behavior Type de document : texte imprimé Auteurs : Seyed Ali Ashrafi, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur Année de publication : 2008 Article en page(s) : pp.482–494. Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Parameters Deterioration Hysteresis Résumé : The adaptive parametric identification of deteriorating and nondeteriorating nonlinear hysteretic phenomena is considered using a generalization of Masing model based on the observed memory behavior of distributed element models. The model permits a parametric identification to be performed using nonlinear optimization techniques for arbitrary response time histories. A changing objective function, defined as the normalized force estimation error over a shifting window of recent data, is employed so that classic nonlinear optimization techniques can be used for the adaptive identification problem. A variation of the steepest descent method is used with significant modifications. To achieve the best performance for any given problem, a set of a priori numeric tests are suggested to design the identification scheme. The design identification scheme exhibits a very good performance in identifying the correct values of the parameters and is rather robust in dealing with noise. The proposed approach has applications to adaptive identification of much wider types of nonlinear rate-dependent hysteretic behavior. Also, the set of guidelines proposed by the authors is a contribution toward having more effective autonomous identification schemes, using minimal information about the model and input. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%290733-9399%282008%29134%3A6%2848 [...] [article] Adaptive parametric identification scheme for a class of nondeteriorating and deteriorating nonlinear hysteretic behavior [texte imprimé] / Seyed Ali Ashrafi, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur . - 2008 . - pp.482–494. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 134 n°6 (Juin 2008) . - pp.482–494. Mots-clés : Parameters Deterioration Hysteresis Résumé : The adaptive parametric identification of deteriorating and nondeteriorating nonlinear hysteretic phenomena is considered using a generalization of Masing model based on the observed memory behavior of distributed element models. The model permits a parametric identification to be performed using nonlinear optimization techniques for arbitrary response time histories. A changing objective function, defined as the normalized force estimation error over a shifting window of recent data, is employed so that classic nonlinear optimization techniques can be used for the adaptive identification problem. A variation of the steepest descent method is used with significant modifications. To achieve the best performance for any given problem, a set of a priori numeric tests are suggested to design the identification scheme. The design identification scheme exhibits a very good performance in identifying the correct values of the parameters and is rather robust in dealing with noise. The proposed approach has applications to adaptive identification of much wider types of nonlinear rate-dependent hysteretic behavior. Also, the set of guidelines proposed by the authors is a contribution toward having more effective autonomous identification schemes, using minimal information about the model and input. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%290733-9399%282008%29134%3A6%2848 [...]

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Energy Capacity Criterion for the Design of Columns Against Collapse / Andrew W. Smyth in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N° 6 (Juin 2006)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 132 N° 6 (Juin 2006) . - 594-599 p. Titre : Energy Capacity Criterion for the Design of Columns Against Collapse Titre original : Critère de Capacité d'Energie pour la Conception des Colonnes Contre l'Effondrement Type de document : texte imprimé Auteurs : Andrew W. Smyth, Auteur ; Gjelsvik, Atle, Auteur Année de publication : 2006 Article en page(s) : 594-599 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Columns Design Deflection Collapse Ultimate strength Buckling Colonnes Conception Débattement Effondrement Force finale Boucle Index. décimale : 551.4 surface du globe.Géographie physique.Géomorphologie Résumé : Current practice in buckling design is based on the ultimate strength of a member such that excessive lateral deflections do not occur. This ultimate strength is often dictated by empirically derived formulae which correspond to postulated element imperfections including residual stresses. In this paper, the postbuckling behavior of columns is considered, and the limit state is considered to be total collapse. The load versus end displacement relationship is derived for a simplified elastic–perfectly plastic column model. Using this curve, the energy absorbed and released in going from one load/deflection state to another can be easily quantified. With this, the energy absorption capacity of an already loaded column is considered to be the critical performance metric. This “energy capacity criterion” is then used to develop alternative design curves for different levels of energy absorption capacity. La pratique en vigueur dans la conception de boucle est basée sur la force finale d'un membre tels que les débattements latéraux excessifs ne se produisent pas. Cette force finale est souvent dictée par les formules empiriquement dérivées qui correspondent aux imperfections postulées d'élément comprenant des efforts résiduels. En cet article, le comportement postbuckling des colonnes est considéré, et l'état de limite est considéré comme effondrement total. La charge contre le rapport de déplacement de fin est dérivée pour un modèle en plastique élastique-parfait simplifié de colonne. En utilisant cette courbe, l'énergie absorbée et libérée en allant d'un état de load/deflection à l'autre peut être facilement mesurée. Avec ceci, le pouvoir absorbant d'énergie d'une colonne déjà chargée est considéré comme l'exécution critique métrique. Ce "critère de capacité d'énergie" est alors employé pour développer les courbes alternatives de conception pour différents niveaux du pouvoir absorbant d'énergie. En ligne : smyth@civil.columbia.edu [article] Energy Capacity Criterion for the Design of Columns Against Collapse = Critère de Capacité d'Energie pour la Conception des Colonnes Contre l'Effondrement [texte imprimé] / Andrew W. Smyth, Auteur ; Gjelsvik, Atle, Auteur . - 2006 . - 594-599 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N° 6 (Juin 2006) . - 594-599 p. Mots-clés : Columns Design Deflection Collapse Ultimate strength Buckling Colonnes Conception Débattement Effondrement Force finale Boucle Index. décimale : 551.4 surface du globe.Géographie physique.Géomorphologie Résumé : Current practice in buckling design is based on the ultimate strength of a member such that excessive lateral deflections do not occur. This ultimate strength is often dictated by empirically derived formulae which correspond to postulated element imperfections including residual stresses. In this paper, the postbuckling behavior of columns is considered, and the limit state is considered to be total collapse. The load versus end displacement relationship is derived for a simplified elastic–perfectly plastic column model. Using this curve, the energy absorbed and released in going from one load/deflection state to another can be easily quantified. With this, the energy absorption capacity of an already loaded column is considered to be the critical performance metric. This “energy capacity criterion” is then used to develop alternative design curves for different levels of energy absorption capacity. La pratique en vigueur dans la conception de boucle est basée sur la force finale d'un membre tels que les débattements latéraux excessifs ne se produisent pas. Cette force finale est souvent dictée par les formules empiriquement dérivées qui correspondent aux imperfections postulées d'élément comprenant des efforts résiduels. En cet article, le comportement postbuckling des colonnes est considéré, et l'état de limite est considéré comme effondrement total. La charge contre le rapport de déplacement de fin est dérivée pour un modèle en plastique élastique-parfait simplifié de colonne. En utilisant cette courbe, l'énergie absorbée et libérée en allant d'un état de load/deflection à l'autre peut être facilement mesurée. Avec ceci, le pouvoir absorbant d'énergie d'une colonne déjà chargée est considéré comme l'exécution critique métrique. Ce "critère de capacité d'énergie" est alors employé pour développer les courbes alternatives de conception pour différents niveaux du pouvoir absorbant d'énergie. En ligne : smyth@civil.columbia.edu

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Generalized masing approach to modeling hysteretic deteriorating behavior / S. Ali Ashrafi in Journal of engineering mechanics, Vol. 133 N°5 (Mai 2007)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 133 N°5 (Mai 2007) . - pp.495–505. Titre : Generalized masing approach to modeling hysteretic deteriorating behavior Type de document : texte imprimé Auteurs : S. Ali Ashrafi, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur Année de publication : 2007 Article en page(s) : pp.495–505. Note générale : Applied mechanics Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Hysteresis Constitutive models Deterioration Identification Ductility Nonlinear response Loading history Résumé : The modeling of hysteretic behavior is of significant importance in several areas, including civil engineering and mechanics. This paper focuses on finding a method for modeling hysteretic behavior that is simple and efficient in terms of capturing the response and retaining the memory, if any, and at the same time is proper for use in physically meaningful modeling and identification of the system with few parameters. A distributed-element model (DEM) capable of capturing deterioration is used as a starting point, and its characteristics are studied, with a particular focus on the way memory is stored in the model. It is observed that keeping track of the response at a few of the past extremes of input displacement, called the Sequence of Dominant Alternating Extremes, is enough for representing the effect of history. The relation of this behavior to a generalized Masing model is studied. A set of rules is proposed which is a generalization of the Masing rules and can capture the deteriorating (or nondeteriorating) response of DEMs with any distribution of element yield displacement thresholds to any arbitrary loading. The presented formulation provides a framework for efficient modeling and identification of dynamic models of very different characteristics with only a few physically meaningful parameters. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%290733-9399%282007%29133%3A5%2849 [...] [article] Generalized masing approach to modeling hysteretic deteriorating behavior [texte imprimé] / S. Ali Ashrafi, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur . - 2007 . - pp.495–505. Applied mechanics Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 133 N°5 (Mai 2007) . - pp.495–505. Mots-clés : Hysteresis Constitutive models Deterioration Identification Ductility Nonlinear response Loading history Résumé : The modeling of hysteretic behavior is of significant importance in several areas, including civil engineering and mechanics. This paper focuses on finding a method for modeling hysteretic behavior that is simple and efficient in terms of capturing the response and retaining the memory, if any, and at the same time is proper for use in physically meaningful modeling and identification of the system with few parameters. A distributed-element model (DEM) capable of capturing deterioration is used as a starting point, and its characteristics are studied, with a particular focus on the way memory is stored in the model. It is observed that keeping track of the response at a few of the past extremes of input displacement, called the Sequence of Dominant Alternating Extremes, is enough for representing the effect of history. The relation of this behavior to a generalized Masing model is studied. A set of rules is proposed which is a generalization of the Masing rules and can capture the deteriorating (or nondeteriorating) response of DEMs with any distribution of element yield displacement thresholds to any arbitrary loading. The presented formulation provides a framework for efficient modeling and identification of dynamic models of very different characteristics with only a few physically meaningful parameters. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%290733-9399%282007%29133%3A5%2849 [...]

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New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. I: Formulation / Jin-Song Pei in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°12 (Decembre 2006)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 132 N°12 (Decembre 2006) . - 1290-1300 p. Titre : New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. I: Formulation Titre original : Nouvelle Approche à Concevoir l'Architecture Alimentée-vers l'Avant Multi-Couche de Réseau Neurologique pour Modeler les Forces de Reconstitution non linéaires. I : Formulation Type de document : texte imprimé Auteurs : Jin-Song Pei, Auteur ; Schueller, Gerhart L., Éditeur scientifique ; Andrew W. Smyth, Auteur Année de publication : 2007 Article en page(s) : 1290-1300 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Neural networks Mathematics Geometry Models Hysteresis Réseaux neurologiques Géométrie Mathématiques Modèles Hystérésis Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper addresses the modeling problem of nonlinear and hysteretic dynamic behaviors through a constructive modeling approach which exploits existing mathematical concepts in artificial neural network modeling. In contrast with many neural network applications, which often result in large and complex “black-box” models, here, the writers strive to produce phenomenologically accurate model behavior starting with network architecture of manageable/small sizes. This affords the potential of creating relationships between model parameter values and observed phenomenological behaviors. Here a linear sum of basis functions is used in modeling nonlinear hysteretic restoring forces. In particular, nonlinear sigmoidal activation functions are chosen as the core building block for their robustness in approximating arbitrary functions. The appropriateness and effectiveness of this set of basis function in modeling a wide variety of nonlinear dynamic behaviors observed in structural mechanics are depicted from an algebraic and geometric perspective. Cet article adresse le problème modelant des comportements dynamiques non linéaires et par hystérésis par une approche modelante constructive qui exploite des concepts mathématiques existants dans modeler artificiel de réseau neurologique. Contrairement à beaucoup d'applications de réseau neurologique, qui ont souvent comme conséquence de grands et complexes modèles de "boîte-noire", ici, les auteurs tâchent de produire le comportement modèle logiquement précis de phenomeno commençant par l'architecture de réseau de petites tailles maniables. Ceci a les moyens le potentiel de créer des rapports entre les valeurs de paramètre modèles et les comportements phénoménologiques observés. Ici une somme linéaire de fonctions de base est employée en modelant les forces de reconstitution par hystérésis non linéaires. En particulier, des fonctions sigmoïdales non linéaires d'activation sont choisies comme module de noyau pour leur robustesse en rapprochant des fonctions arbitraires. La convenance et l'efficacité de cet ensemble de fonction de base en modelant une grande variété de comportements dynamiques non-linéaires observés dans la mécanique structurale sont dépeintes d'une perspective algébrique et géométrique. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : smyth@civil.columbia.edu [article] New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. I: Formulation = Nouvelle Approche à Concevoir l'Architecture Alimentée-vers l'Avant Multi-Couche de Réseau Neurologique pour Modeler les Forces de Reconstitution non linéaires. I : Formulation [texte imprimé] / Jin-Song Pei, Auteur ; Schueller, Gerhart L., Éditeur scientifique ; Andrew W. Smyth, Auteur . - 2007 . - 1290-1300 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°12 (Decembre 2006) . - 1290-1300 p. Mots-clés : Neural networks Mathematics Geometry Models Hysteresis Réseaux neurologiques Géométrie Mathématiques Modèles Hystérésis Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper addresses the modeling problem of nonlinear and hysteretic dynamic behaviors through a constructive modeling approach which exploits existing mathematical concepts in artificial neural network modeling. In contrast with many neural network applications, which often result in large and complex “black-box” models, here, the writers strive to produce phenomenologically accurate model behavior starting with network architecture of manageable/small sizes. This affords the potential of creating relationships between model parameter values and observed phenomenological behaviors. Here a linear sum of basis functions is used in modeling nonlinear hysteretic restoring forces. In particular, nonlinear sigmoidal activation functions are chosen as the core building block for their robustness in approximating arbitrary functions. The appropriateness and effectiveness of this set of basis function in modeling a wide variety of nonlinear dynamic behaviors observed in structural mechanics are depicted from an algebraic and geometric perspective. Cet article adresse le problème modelant des comportements dynamiques non linéaires et par hystérésis par une approche modelante constructive qui exploite des concepts mathématiques existants dans modeler artificiel de réseau neurologique. Contrairement à beaucoup d'applications de réseau neurologique, qui ont souvent comme conséquence de grands et complexes modèles de "boîte-noire", ici, les auteurs tâchent de produire le comportement modèle logiquement précis de phenomeno commençant par l'architecture de réseau de petites tailles maniables. Ceci a les moyens le potentiel de créer des rapports entre les valeurs de paramètre modèles et les comportements phénoménologiques observés. Ici une somme linéaire de fonctions de base est employée en modelant les forces de reconstitution par hystérésis non linéaires. En particulier, des fonctions sigmoïdales non linéaires d'activation sont choisies comme module de noyau pour leur robustesse en rapprochant des fonctions arbitraires. La convenance et l'efficacité de cet ensemble de fonction de base en modelant une grande variété de comportements dynamiques non-linéaires observés dans la mécanique structurale sont dépeintes d'une perspective algébrique et géométrique. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : smyth@civil.columbia.edu

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New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. II: Applications / Jin-Song Pei in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°12 (Decembre 2006)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 132 N°12 (Decembre 2006) . - 1301-1312 p. Titre : New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. II: Applications Titre original : Nouvelle Approche à Concevoir l'Architecture Multicouche de Réseau Neurologique d'Alimentation en Avant pour Modeler les Forces de Reconstitution Non Linéaires. II : Applications Type de document : texte imprimé Auteurs : Jin-Song Pei, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur ; Schueller, Gerhart L., Éditeur scientifique Année de publication : 2007 Article en page(s) : 1301-1312 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Neural networks Dynamic response Models Parameters Design Réseaux neurologiques Réponse dynamique Modèles Paramètres Conception Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Based on the basic formulation developed in a companion paper, the writers now present the application of an artificial neural network approach to designing streamlined network models to simulate and identify the nonlinear dynamic response of single-degree-of-freedom oscillators using the restoring force-state mapping interpretation. The neural networks which use sigmoidal activation functions are shown to be highly robust in modeling a wide variety of commonly observed nonlinear structural dynamic response behaviors. By streamlining the networks, individual network model parameters take on physically or geometrically interpretable meaning, and hence, the network initialization can be achieved through an engineered approach rather than through less physically meaningful numerical initialization schemes. Although not proven in general, examples show that by starting with a more meaningful initial design, identification convergence is improved, and the final identified model parameters are seen to have a more physical meaning. A set of model architecture prototypes is developed to capture commonly observed nonlinear response behaviors. Basé sur la formulation de base qui s'est développé dans un papier de compagnon, les auteurs présentent maintenant l'application d'une approche artificielle de réseau neurologique à concevoir sur les modèles profilés de réseau pour simuler et identifier la réponse dynamique non-linéaire des oscillateurs de simple-degré-de-liberté en utilisant l'force-état de reconstitution traçant l'interprétation. Les réseaux neurologiques qui emploient des fonctions sigmoïdales d'activation s'avèrent fortement robustes en modelant une grande variété de comportements structuraux non linéaires généralement observés de réponse dynamique. Par le jet rayant les réseaux, les différents paramètres de modèle de réseau prennent dessus la signification physiquement ou géométriquement interprétable, et par conséquent, l'initialisation de réseau peut être réalisée par une approche machinée plutôt que par des arrangements numériques moins physiquement signicatifs d'initialisation. Bien que non avéré en général, les exemples montrent cela près commençant par une conception initiale plus signicative, la convergence d'identification est améliorée, et les paramètres modèles identifiés finals sont vus pour avoir une signification plus physique. Un ensemble de prototypes modèles d'architecture est développé pour capturer des comportements non linéaires généralement observés de réponse. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : smyth@civil.columbia.edu [article] New Approach to Designing Multilayer Feedforward Neural Network Architecture for Modeling Nonlinear Restoring Forces. II: Applications = Nouvelle Approche à Concevoir l'Architecture Multicouche de Réseau Neurologique d'Alimentation en Avant pour Modeler les Forces de Reconstitution Non Linéaires. II : Applications [texte imprimé] / Jin-Song Pei, Auteur ; Andrew W. Smyth, Auteur ; Schueller, Gerhart L., Éditeur scientifique . - 2007 . - 1301-1312 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°12 (Decembre 2006) . - 1301-1312 p. Mots-clés : Neural networks Dynamic response Models Parameters Design Réseaux neurologiques Réponse dynamique Modèles Paramètres Conception Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Based on the basic formulation developed in a companion paper, the writers now present the application of an artificial neural network approach to designing streamlined network models to simulate and identify the nonlinear dynamic response of single-degree-of-freedom oscillators using the restoring force-state mapping interpretation. The neural networks which use sigmoidal activation functions are shown to be highly robust in modeling a wide variety of commonly observed nonlinear structural dynamic response behaviors. By streamlining the networks, individual network model parameters take on physically or geometrically interpretable meaning, and hence, the network initialization can be achieved through an engineered approach rather than through less physically meaningful numerical initialization schemes. Although not proven in general, examples show that by starting with a more meaningful initial design, identification convergence is improved, and the final identified model parameters are seen to have a more physical meaning. A set of model architecture prototypes is developed to capture commonly observed nonlinear response behaviors. Basé sur la formulation de base qui s'est développé dans un papier de compagnon, les auteurs présentent maintenant l'application d'une approche artificielle de réseau neurologique à concevoir sur les modèles profilés de réseau pour simuler et identifier la réponse dynamique non-linéaire des oscillateurs de simple-degré-de-liberté en utilisant l'force-état de reconstitution traçant l'interprétation. Les réseaux neurologiques qui emploient des fonctions sigmoïdales d'activation s'avèrent fortement robustes en modelant une grande variété de comportements structuraux non linéaires généralement observés de réponse dynamique. Par le jet rayant les réseaux, les différents paramètres de modèle de réseau prennent dessus la signification physiquement ou géométriquement interprétable, et par conséquent, l'initialisation de réseau peut être réalisée par une approche machinée plutôt que par des arrangements numériques moins physiquement signicatifs d'initialisation. Bien que non avéré en général, les exemples montrent cela près commençant par une conception initiale plus signicative, la convergence d'identification est améliorée, et les paramètres modèles identifiés finals sont vus pour avoir une signification plus physique. Un ensemble de prototypes modèles d'architecture est développé pour capturer des comportements non linéaires généralement observés de réponse. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : smyth@civil.columbia.edu

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