Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models

The use of the theory of imprecise probabilities in structural reliability analysis has gained momentum in recent years. This is due to the fact that classical probability theory has been found insufficient for modeling problems in which the limited amount of information makes the construction of pr...

Full description

Autores:
Ramírez Candamil, Juliana
Tipo de recurso:
Doctoral thesis
Fecha de publicación:
2017
Institución:
Universidad Nacional de Colombia
Repositorio:
Universidad Nacional de Colombia
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unal.edu.co:unal/62303
Acceso en línea:
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/62303
http://bdigital.unal.edu.co/61334/
Palabra clave:
51 Matemáticas / Mathematics
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Structural reliability analysis
Imprecise probability theory
Failure probability interval
Random sets theory
FORM method
Linear regression
Polar transformation
Reliability plot
Monte Carlo simulation
Monte Carlo method
Análisis de confiabilidad de estructuras
Teoría de probabilidades imprecisas
Intervalo de probabilidad de falla
Teoría de conjuntos aleatorios
Método FORM
regresión lineal
Transformación polar
Gráfica de confiabilidad
Simulación de Monte Carlo
Método de Montecarlo
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
id UNACIONAL2_0396a02e01216a8fc0dc8b694e32057a
oai_identifier_str oai:repositorio.unal.edu.co:unal/62303
network_acronym_str UNACIONAL2
network_name_str Universidad Nacional de Colombia
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
title Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
spellingShingle Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
51 Matemáticas / Mathematics
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Structural reliability analysis
Imprecise probability theory
Failure probability interval
Random sets theory
FORM method
Linear regression
Polar transformation
Reliability plot
Monte Carlo simulation
Monte Carlo method
Análisis de confiabilidad de estructuras
Teoría de probabilidades imprecisas
Intervalo de probabilidad de falla
Teoría de conjuntos aleatorios
Método FORM
regresión lineal
Transformación polar
Gráfica de confiabilidad
Simulación de Monte Carlo
Método de Montecarlo
title_short Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
title_full Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
title_fullStr Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
title_full_unstemmed Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
title_sort Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models
dc.creator.fl_str_mv Ramírez Candamil, Juliana
dc.contributor.advisor.spa.fl_str_mv Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
Álvarez Marín, Diego Andrés (Thesis advisor)
dc.contributor.author.spa.fl_str_mv Ramírez Candamil, Juliana
dc.subject.ddc.spa.fl_str_mv 51 Matemáticas / Mathematics
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
topic 51 Matemáticas / Mathematics
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Structural reliability analysis
Imprecise probability theory
Failure probability interval
Random sets theory
FORM method
Linear regression
Polar transformation
Reliability plot
Monte Carlo simulation
Monte Carlo method
Análisis de confiabilidad de estructuras
Teoría de probabilidades imprecisas
Intervalo de probabilidad de falla
Teoría de conjuntos aleatorios
Método FORM
regresión lineal
Transformación polar
Gráfica de confiabilidad
Simulación de Monte Carlo
Método de Montecarlo
dc.subject.proposal.spa.fl_str_mv Structural reliability analysis
Imprecise probability theory
Failure probability interval
Random sets theory
FORM method
Linear regression
Polar transformation
Reliability plot
Monte Carlo simulation
Monte Carlo method
Análisis de confiabilidad de estructuras
Teoría de probabilidades imprecisas
Intervalo de probabilidad de falla
Teoría de conjuntos aleatorios
Método FORM
regresión lineal
Transformación polar
Gráfica de confiabilidad
Simulación de Monte Carlo
Método de Montecarlo
description The use of the theory of imprecise probabilities in structural reliability analysis has gained momentum in recent years. This is due to the fact that classical probability theory has been found insufficient for modeling problems in which the limited amount of information makes the construction of precise reliability models impossible. Limiting an exact evaluation of the failure probability in mechanical and structural systems. Random set theory allows for the estimation of the probability interval when there is random and epistemic uncertainty. With this theory, it is possible to model basic variables, such as CDFs, probability boxes, and intervals, among other representation of uncertainty. Additionally, it allows for representation of input variable dependence, by means of copulas. In this thesis, a number of formulations are presented, in order to estimate the failure probability interval. The first is based on the random sets theory, which uses the Dempster-Shafer evidence theory with an infinite number of focal elements. The second approach proposes calculation of the interval as a design optimization problem, based on reliability. It was proven theoretically, and via numerical experiments, that the second formulation provides tighter bounds for the failure interval than others estimated by the random sets theory. Additionally, two other methodologies for obtaining the failure interval, based on random set theory and on properties of visualization and representation, are proposed. These are provided by the transformation in polar coordinates proposed by Hurtado (2012). Both methodologies perform a polar analysis of the focal elements. The first does so with each focal element in its entirety, while the second takes samples from within each focal element. These methodologies avoid the costly optimization procedure used by the extension principle. Various practical applications are presented, which contribute to the state of the art, regarding uncertainty management. On the other hand, the properties of the forementioned transformation in polar coordinates are also used to create applications in the analysis of structural systems, in which it is considered more than a limit state function; it also provides a visual tool for sensitivity analysis in structural systems. All of these applications and methodologies are illustrated with practical examples present in the literature. To conclude, obtained results show a significant advance in the management of uncertainty and dependencies for input variables in a system, in addition to providing the necessary tools, with simple, but effective theoretical and practical developments, in order to obtain a reliable evaluation of the failure interval for mechanical and structural systems that are consistent with the formulation and characteristics of the problem
publishDate 2017
dc.date.issued.spa.fl_str_mv 2017
dc.date.accessioned.spa.fl_str_mv 2019-07-02T20:56:32Z
dc.date.available.spa.fl_str_mv 2019-07-02T20:56:32Z
dc.type.spa.fl_str_mv Trabajo de grado - Doctorado
dc.type.driver.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.type.version.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.coar.spa.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.content.spa.fl_str_mv Text
dc.type.redcol.spa.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TD
format http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
status_str acceptedVersion
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/62303
dc.identifier.eprints.spa.fl_str_mv http://bdigital.unal.edu.co/61334/
url https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/62303
http://bdigital.unal.edu.co/61334/
dc.language.iso.spa.fl_str_mv spa
language spa
dc.relation.ispartof.spa.fl_str_mv Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Computación
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Computación
dc.relation.references.spa.fl_str_mv Ramírez Candamil, Juliana (2017) Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales.
dc.rights.spa.fl_str_mv Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
dc.rights.coar.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.license.spa.fl_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
dc.rights.uri.spa.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
institution Universidad Nacional de Colombia
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/62303/1/1053769975.2017.pdf
https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/62303/2/1053769975.2017.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 9f35937c2077a87f3fdde360713f4d97
3f3f8cd76bd1bc0db932109532f5d708
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia
repository.mail.fl_str_mv repositorio_nal@unal.edu.co
_version_ 1814090003502858240
spelling Atribución-NoComercial 4.0 InternacionalDerechos reservados - Universidad Nacional de Colombiahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)62fdc0fb-32ed-4d19-84c1-5c5e2cc38f63-1Álvarez Marín, Diego Andrés (Thesis advisor)fbb1b5b0-a34f-4334-ad99-4ccadf56ac0c-1Ramírez Candamil, Juliana3f90e356-3232-49b3-8efe-5bd7a242740f3002019-07-02T20:56:32Z2019-07-02T20:56:32Z2017https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/62303http://bdigital.unal.edu.co/61334/The use of the theory of imprecise probabilities in structural reliability analysis has gained momentum in recent years. This is due to the fact that classical probability theory has been found insufficient for modeling problems in which the limited amount of information makes the construction of precise reliability models impossible. Limiting an exact evaluation of the failure probability in mechanical and structural systems. Random set theory allows for the estimation of the probability interval when there is random and epistemic uncertainty. With this theory, it is possible to model basic variables, such as CDFs, probability boxes, and intervals, among other representation of uncertainty. Additionally, it allows for representation of input variable dependence, by means of copulas. In this thesis, a number of formulations are presented, in order to estimate the failure probability interval. The first is based on the random sets theory, which uses the Dempster-Shafer evidence theory with an infinite number of focal elements. The second approach proposes calculation of the interval as a design optimization problem, based on reliability. It was proven theoretically, and via numerical experiments, that the second formulation provides tighter bounds for the failure interval than others estimated by the random sets theory. Additionally, two other methodologies for obtaining the failure interval, based on random set theory and on properties of visualization and representation, are proposed. These are provided by the transformation in polar coordinates proposed by Hurtado (2012). Both methodologies perform a polar analysis of the focal elements. The first does so with each focal element in its entirety, while the second takes samples from within each focal element. These methodologies avoid the costly optimization procedure used by the extension principle. Various practical applications are presented, which contribute to the state of the art, regarding uncertainty management. On the other hand, the properties of the forementioned transformation in polar coordinates are also used to create applications in the analysis of structural systems, in which it is considered more than a limit state function; it also provides a visual tool for sensitivity analysis in structural systems. All of these applications and methodologies are illustrated with practical examples present in the literature. To conclude, obtained results show a significant advance in the management of uncertainty and dependencies for input variables in a system, in addition to providing the necessary tools, with simple, but effective theoretical and practical developments, in order to obtain a reliable evaluation of the failure interval for mechanical and structural systems that are consistent with the formulation and characteristics of the problemResumen: El uso de la teoría de probabilidades imprecisas en el análisis de confiabilidad de estructuras, ha tomado fuerza en los últimos años. Esto, debido a que la teoría clásica de probabilidades ha demostrado no ser suficiente para modelar problemas en los cuales la cantidad limitada de información, hace imposible la construcción de modelos de probabilidad precisos. Limitando una evaluación exacta de la probabilidad de falla para sistemas mecánicos y estructurales. En este sentido, la teoría de conjuntos aleatorios permite la estimación del intervalo de probabilidad cuando existen incertidumbre aleatoria y epistémica. Con esta teoría, es posible modelar variables básicas como CDFs, cajas de probabilidad e intervalos, entre otros. Además, permite representar la dependencia de las variables de entrada por medio de copulas. En esta tesis se presentan algunas formulaciones para estimar el intervalo de la probabilidad de falla. La primera se basa en la teoría de conjuntos aleatorios que emplea la teoría de evidencia de Dempster-Shafer con un número infinito de elementos focales. La segunda aproximación, plantea el cálculo del intervalo como un problema de optimización del diseño basado en confiabilidad. Se probó de manera teórica y por medio de experimentos numéricos que la segunda formulación proporciona cotas más ajustadas para el intervalo de falla, que aquellas estimadas por la teoría de conjuntos aleatorios. Además, se plantean otras dos metodologías para obtener el intervalo de falla basadas en la teoría de conjuntos aleatorios y en las propiedades de visualización y representación, proporcionadas por la transformación en coordenadas polares propuesta por Hurtado (2012). Ambas metodologías realizan un análisis polar de los elementos focales. La primera lo realiza con cada elemento focal en su totalidad, mientras que la segunda tomas muestras dentro de cada elemento focal para hacerlo. Estas metodologías evitan el costoso procedimiento de optimización, empleado por el principio de extensión. Se presentan algunas aplicaciones prácticas, que permiten llenar algunos vacíos en el estado del arte sobre el manejo de la incertidumbre. Por otro lado, las propiedades de la mencionada transformación en coordenadas polares, también se emplean para formular aplicaciones en el análisis de sistemas estructurales donde se consideran más de una función de estado límite, además de proporcionar una herramienta visual para el análisis de sensibilidad en sistemas estructurales. Todas estas aplicaciones y metodologías son ilustradas con ejemplos prácticos presentes en la literatura. En conclusión, los resultados obtenidos muestran un avance significativo en el manejo de la incertidumbre y dependencias de las variables de entrada de un sistema, además de proporcionar las herramientas necesarias, con desarrollos teóricos y prácticos simples, pero efectivos, para obtener una evaluación confiable del intervalo de falla para sistemas mecánicos y estructurales, que estén acordes con la formulación y características del problemaDoctoradoapplication/pdfspaUniversidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y ComputaciónDepartamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y ComputaciónRamírez Candamil, Juliana (2017) Reliability analysis of structural systems using imprecise probability models. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales.51 Matemáticas / Mathematics6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology62 Ingeniería y operaciones afines / EngineeringStructural reliability analysisImprecise probability theoryFailure probability intervalRandom sets theoryFORM methodLinear regressionPolar transformationReliability plotMonte Carlo simulationMonte Carlo methodAnálisis de confiabilidad de estructurasTeoría de probabilidades imprecisasIntervalo de probabilidad de fallaTeoría de conjuntos aleatoriosMétodo FORMregresión linealTransformación polarGráfica de confiabilidadSimulación de Monte CarloMétodo de MontecarloReliability analysis of structural systems using imprecise probability modelsTrabajo de grado - Doctoradoinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TDORIGINAL1053769975.2017.pdfapplication/pdf14215219https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/62303/1/1053769975.2017.pdf9f35937c2077a87f3fdde360713f4d97MD51THUMBNAIL1053769975.2017.pdf.jpg1053769975.2017.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4257https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/62303/2/1053769975.2017.pdf.jpg3f3f8cd76bd1bc0db932109532f5d708MD52unal/62303oai:repositorio.unal.edu.co:unal/623032023-04-16 23:05:28.39Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.co