Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi

Acar, Erdem

Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi

Yürütücü

Erdem ACAR (TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

1 1

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 128 Proje No: 214M205 Proje Bitiş Tarihi: 15.04.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 28-11-2019

Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi

Öz:

Kuyruk modelleme yöntemi, yüksek emniyete sahip mekanik sistemlerin güvenilirliklerini tahmin etmek için kullanılan etkili bir yöntemdir. Klasik kuyruk modelleme yöntemi, uygun eşik değer belirlendikten sonra ilgilenilen sınır durum fonksiyonuna ait kümülatif dağılım fonksiyonunun bilinen bir dağılıma (örneğin; Genelleştirilmiş Pareto Dağılımı) benzeştirilerek, hasar olasılığı ve güvenilirlik indisi hesabı için bu dağılımın parametrelerinin kullanılmasına dayanır. Klasik kuyruk modelleme yöntemi ile güvenilirlik hesabında, sadece kuyruk bölgesine ait sınır durum fonksiyonu değerleri kullanıldığı için diğer sınır durum fonksiyonu hesaplamaları çoğunlukla boşa gitmektedir. Bu çalışma kapsamında, klasik kuyruk modelleme yönteminin bu dezavantajının üstesinden gelebilmek için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, Metropolis-Hastings algoritması ile uygulanan Markov Zinciri Monte Carlo tabanlı kuyruk modelleme yöntemidir. Geliştirilen Markov Zinciri Monte Carlo tabanlı kuyruk modelleme yöntemi sadece kuyruk bölgesinden örnekleme yaparak daha etkin güvenilirlik tahminlerinin yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Ayrıca, Markov Zinciri Monte Carlo yönteminde kullanılan teklif dağılım denklemine ölçek parametresi eklenmiş ve bu ölçek parametresinin ikinci derece polinom yanıt yüzeyler kullanılarak çeşitli rassal değişken sayılarına sahip örnek problemler için optimum değeri elde edilmiştir. Optimum değer ile problemlerin rassal değişken sayıları arasında yaklaşık bir ilişki kurulmuştur. Sonrasında yatay eksenli bir rüzgâr türbini ve otomobil tork kolu problemleri için güvenilirlik tahmini yapılmış ve ölçek parametresi ile rassal değişken sayıları arasında kurulan ilişki bu problemde denenerek iyi sonuç verdiği görülmüştür. Klasik kuyruk modelleme yöntemi ve projede önerilen yöntem matematik ve mühendislik örnek problemlerine uygulandığında, problemlerin çoğunda önerilen yöntemin doğruluğunun klasik kuyruk modelleme yönteminin doğruluğundan daha yüksek olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelime: Optimizasyon. Metropolis-Hastings Markov Zinciri Monte Carlo Kuyruk modellemesi Güvenilirlik

Konular: Mühendislik, Makine Malzeme Bilimleri, Özellik ve Test

Erişim Türü: Erişime Açık

Acar, E., Rais-Rohani, M., Eamon, C.D. 2010. "Reliability Estimation Using Univariate Dimension Reduction and Extended Generalized Lambda Distribution," In Karian Z.A., Dudewicz, E.J., "Handbook of Fitting Statistical Distributions with R," CRC Press.
Weight Optimization and Reliability Prediction of an Automobile Torque Arm Subjected to Cyclic Loading (Makale - Diğer Hakemli Makale)
Acar, E. 2011. "Guided Tail Modeling for Efficient and Accurate Reliability Estimation of Highly Safe Mechanical Systems," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 225(5), 1237-1251.
Reliability Estimation Using MCMC Based Tail Modeling (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
Adduri, P.R., Penmetsa, R.C. 2009. “System reliability analysis for mixed uncertain variables,” Structural Safety, 31(5), 375-382.
Otomobil Tork Kolunun Çevrimsel Yükleme Altında Ağırlık Eniyilemesi ve Güvenilirlik Tahmini (Tez (Araştırmacı Yetiştirilmesi) - Yüksek Lisans Tezi)
Au, S.K., Beck, J.L. 1999. "A new adaptive importance sampling scheme for reliability calculations," Structural Safety, 21(2), 135-158.
Bir Rüzgâr Türbini Kanadının Güvenilirliğinin Markov Zinciri Monte Carlo Tabanlı Kuyruk Modelleme Yöntemiyle Tahmini (Tez (Araştırmacı Yetiştirilmesi) - Yüksek Lisans Tezi),
Au, S.K., Beck, J.L. 2001, “Estimation of small failure probabilities in high dimensions by subset simulation.” Probabilistic Engineering Mechanics, 16(4), 263-277.
Barkey, M., Hathaway,R., Lee, Y.L, Pan, J. 2005. “Fatigue Testing and Analysis,” Elsevier, NY. Birolini, A. 1999. “Reliability Engineering”, Springer, Berlin.
Boos, D. 1984. "Using extreme value theory to estimate large percentiles," Technometrics, 26(1), 33-39.
Botkin, M.E. 1982. “Shape optimization of plate and shell structures,” AIAA Journal, 20(2), 268- 273.
Box, G.E.P., Draper, N. 2007. "Response Surfaces, Mixtures, and Ridge Analyses," Wiley, NY.
Brooks, S., Gelman, A., Jones, G.L., Meng, X-L. 2011. "Handbook of Markov Chain Monte Carlo," CRC Press, New York, NY.
Buhmann, M.D. 2003. “Radial basis functions: Theory and implementations,” Cambridge University Press, New York.
Caers, J., Maes, M. A. 1998. “Identifying tails, bounds and end-points of random variables,” Structural Safety, 20(1), 1-23.
Castillo, E. 1988. “Extreme value theory in engineering”, Academic nc. NY.
Ceyhan, Ö., Ortakaya, Y., Korkem, B., Sezer-Uzol, N., Tuncer, I.H. 2009. “Optimization of Horizontal Axis Wind Turbines by Using BEM Theory and Genetic Algorithm,” 5th Ankara International Aerospace Conference, Ankara, AIAC-2009-044.
Chu, C. 2000. "Comparison of Mean Stress Correction Methods for Fatigue Life Prediction," SAE Technical Paper 2000-01-0778.
Fissler, B., Neumann, H.J., Rackwitz, R. 1979. “Quadratic Limit States in Structural Reliability,” ASCE Journal of the Engineering Mechanics Division, 105, 661- 676.
Forrester, A.I.J., Keane, A.J. 2009. "Recent advances in surrogate based optimization," Progress in Aerospace Sciences, 45, 50-79.
Hardy, R.L. 1990. "Theory and applications of the multiquadric-biharmonic method," Computers & Mathematics with Applications, 19, 163-208.
Hasofer, A.M, Lind, N.C. 1974. “Exact and invariant second-moment code format,” Journal of Engineering Mechanics, 100 (1), 111-121.
Hasofer, A. 1996. “Non-Parametric Estimation of Failure Probabilities,” Mathematical Models for Structural Reliability, Eds: Casciati, F., Roberts, B., CRC Press, Boca Raton, FL, 195-226.
Hohenbichler, M., Gollwitzer, S., Kruse, W., Rackwitz, R. 1987. “New light on first-and second- order reliability methods,” Structural Safety, 4(4), 267-284.
Jones, D.R., Schonlau, M., Welch, W.J. 1998. “Efficient Global Optimization of Expensive Black-Box Functions,” Journal of Global Optimization, 13, 455-492.
Kandemir, N. 2014. “Yatay Eksenli Bir Rüzgâr Türbininin Kuyruk Olasılığı Modelleme Yöntemi ile Güvenilirlik Tahmini,” Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
Karian, Z.E., Dudewicz, E.J., McDonald, P. 1996. "The Extended Generalized Lambda Distribution System for Fitting Distributions to Data: History, Completion of Theory, Tables, Applications, The “Final Word” on Moment Fits," Communications in Statistics - Computation and Simulation, 25(3), 611-642.
Katafygiotis, L.S., Cheung, S.H. 2003.“An efficient method for calculation of reliability integrals,” Fifth International Conference on Stochastic Structural Dynamics (SSD03), Hangzhou, China.
Katafygiotis, L.S., Cheung, S.H. 2004. “Auxiliary domain method for solving nonlinear reliability problems,” Proceedings of the 9th ASCE Specialty Conference on Probabilistic Mechanics and Structural Reliability (PMC2004), Albuquerque, New Mexico, USA.
Kim, N.H., Ramu, P., Queipo, N.V. 2006. “Tail Modeling in Reliability- Based Design Optimization for Highly Safe Structural Systems,” 47th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Newport, RI, AIAA 2006-1825.
Kumar, S., Pippy, R.J., Acar, E., Kim, N.H, Haftka, R.T. 2009. “Approximate probabilistic optimization using exact-capacity-approximate-response-distribution (ECARD),” Structural and Multidisciplinary Optimization, 38, 613-626.
Liu, J.S. 2001. “Monte Carlo Strategies in Scientific Computing,” Springer-Verlag, NY. Lophaven, S.N., Nielsen, H.B., Sondergaard, J. 2002. “DACE - A MATLAB Kriging Toolbox”, Informatics and Mathematical Modeling, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark.
Mac Donald, B.J. 2007. “Practical Stress Analysis with Finite Elements,” Glasnevin Publishing, Dublin, Ireland.
Maes, M.A., Breitung, K., Dupuis, D.J. 1993. “Asymptotic importance sampling,” Structural Safety, 12(3), 167-186.
Melchers, R.E., 1989, “Importance Sampling in Structural Systems,” Structural Safety, 6, 3-10.
Myers, R.H., Montgomery, D.C. 2002. “Response Surface Methodology: process and product optimization using designed experiments”, Wiley, New York, NY.
Nie, J., Ellingwood, B.R. 2000. “Directional methods for structural reliability analysis,” Structural Safety, 22(3), 233-249.
Penmetsa, R.C. Grandhi, R.V. 2003. “Adaptation of fast Fourier transformations to estimate structural failure probability,” Finite Elements in Analysis and Design, 39(5), 473-485.
Picheny, V., Kim, N.H., Haftka, R.T., Quiepo, N.V. 2008. “Conservative predictions using surrogate modeling,” Proceedings of the 49th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Schaumburg, IL.
Pradlwarter, H.J., Schueller, G.I., Koutsourelakis, P.S., Charmpis, D.C. 2007. “Application of line sampling simulation method to reliability benchmark problems,” Structural Safety, 29(3), 208-221.
Rahman, S., Xu, H. 2004. "A Univariate Dimension Reduction Method for Multi-dimensional Integration in Stochastic Mechanics," Probabilistic Engineering Mechanics, 19, 393-408.
Ramu, P. 2007. “Multiple Tail Models Including Inverse Measures for Structural Design Under Uncertainties,” Doktora tezi, University of Florida, Gainesville, FL.
Ramu, P., Kim, N., Haftka, R. 2007. “Error amplification in failure probability estimates of small errors in response surface approximations.” SAE Technical Paper 2007-01-0549.
Ramu, P., Kim, N.H. ve Haftka, R.T. 2010. “Multiple Tail Median Approach for High Reliability Estimation,” Structural Safety, 32, 124-137.
Risoe, 2002. “Guidelines or Design of Wind Turbines,” Det Norske Veritas (DNV) and Wind Energy Department, Risoe National Laboratory, Denmark.
Rosenblueth, E. 1981. “Two-point estimates in probabilities,”Applied Mathematical Modelling, 5(5), 329-335.
Rosenthal, J.S., 2011. "Optimal Proposal Distributions and Adaptive MCMC," In Brooks, S., Gelman, A., Jones, G.L., Meng, X-L, "Handbook of Markov Chain Monte Carlo," CRC Press, New York, NY.
Rubinstein, R.Y., Kroese, D.P. 1981. “Simulation and the Monte Carlo Method.” John Wiley Sons, New York.
Sacks, J., Welch, W.J., Mitchell, T.J., Wynn, H.P. 1989. “Design and Analysis of Computer Experiments,” Statistical Science, 4(4), 409-435.
Sakamoto, J., Mori, Y., Sekioka, T. 1997. “Probability analysis method using fast Fourier transform and its application,” Structural Safety, 19(1), 21-36.
Schuetz, D., Klaetschke, H., Steinhilber, H., Heuler, P., Schuetz, W. 1990. “Standardized Load Sequences for Car Wheel Suspension Components, Car Loading Standard – CARLOS, Final Report,” National Technical Information Service, Report Number LBF-FB-191.
Seo, H.S., Kwak, B.M. 2002. “Efficient statistical tolerance analysis for general distributions using three-point information,” International Journal of Production Research, 40(4), 931-944.
Wang, G.G., Shan, S. 2007. “Review of metamodeling techniques in support of engineering design optimization,” Journal of Mechanical Design, 29(4), 370-380.
Wu, Y.T. Millwater, H.R., Cruse, T.A. 1990. “Advanced probabilistic structural analysis method for implicit performance functions,” AIAA Journal, 28(9), 1663-1669.
Wu, Y.T. 1994. “Computational methods for efficient structural reliability and reliability sensitivity analysis,” AIAA Journal, 32(8), 1717-1723.
Yamazaki, F., Member, A., Shinozuka, M., Dasgupta, G. 1988. “Neumann expansion for stochastic finite element analysis,” Journal of Engineering Mechanics, 114(8), 1335-1354.

APA	Acar E (2017). Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. , 1 - 128.
Chicago	Acar Erdem Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. (2017): 1 - 128.
MLA	Acar Erdem Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 128.
AMA	Acar E Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 128.
Vancouver	Acar E Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 128.
IEEE	Acar E "Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi." , ss.1 - 128, 2017.
ISNAD	Acar, Erdem. "Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi". (2017), 1-128.

APA	Acar E (2017). Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. , 1 - 128.
Chicago	Acar Erdem Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. (2017): 1 - 128.
MLA	Acar Erdem Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 128.
AMA	Acar E Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 128.
Vancouver	Acar E Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 128.
IEEE	Acar E "Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi." , ss.1 - 128, 2017.
ISNAD	Acar, Erdem. "Yüksek Emniyetli Mekanik Sistemlerin Güvenilirlik Optimizasyonu İçin Yeni Ve Etkin Bir Güvenilirlik Tahmin Yöntemi Geliştirilmesi". (2017), 1-128.