DEPARTMENT OF

CIVIL ENGINEERING

You are cordially invited to a seminar organized by Centre for Offshore Research and Engineering, CORE and Department of Civil Engineering, NUS on 

  

Stochastic Optimization and Design in view of Applications in Offshore Engineering 

 by 

Professor Gerhart I. Schuëller Institute of Engineering Mechanics, University of Innsbruck, Austria, EU 

 And  

Professor Héctor A. Jensen Department of Civil Engineering, Santa Maria University, Valparaíso, Chile 

  

Date:     Wednesday, 13 Oct 2010Time:    3.00 pm – 5.30 pm Break time    4.00 pm – 4.30 pm (refreshment)Venue:    Engineering Auditorium, Faculty of 

Engineering, National University of Singapore 

      

 

Presentation 1

G. I. Schuëller Reliability‐based Optimization: An Overview and Applications in Lifetime‐oriented Design  

Decision  making  constitutes  an  integral  part  in  the  design  and  construction  of  systems  in engineering.  In  this  way,  it  is  possible  to  identify  the  best  configuration  of  a  system  that  fulfills prescribed performance criteria; in this case, best implies that the selected configuration is superior to  others  according  to  specific  criteria,  e.g.  economical  costs,  etc.  However,  unavoidable uncertainties in the performance of a system may hinder the decision processes. For example, the scheduling  of  maintenance  activities  for  fatigue‐prone  metallic  structures  can  be  extremely involved,  as  damage  accumulation  is  a  highly  uncertain  process.  A  feasible  means  for  taking decisions  under  uncertainty  is  the  application  of  Reliability‐based  Optimization  (RBO).  Such  an approach allows selecting the best decision (with respect to a predefined criterion) while explicitly considering the effects of uncertainties. 

Although RBO constitutes a powerful tool for design in engineering,  its application in engineering practice  has  remained  limited  in  the  past  as  it  is  a  numerically  involved  procedure.  Therefore, several  approaches  have  been  developed  in  order  render  the  RBO  problem  tractable.  Thus,  the objective  of  this  contribution  is  presenting  an  overview  on  different  approaches  for  solving challenging  RBO  problems.  Besides  discussing  theoretical  and  practical  aspects  on  these approaches,  a  critical  appraisal  on  the  applicability  and  limitations  of  each  approach  will  be performed,  in  order  to  discern  which  approaches  are  most  appropriate  for  a  specific  design problem.  In  addition  to  presenting  an  overview  on  different  approaches  for  solving  RBO  problem,  this contribution  discusses  the  application  of  optimization  tools  for  lifetime‐oriented  design.  This constitutes  one  of  the  most  important  applications  of  RBO,  as  the  performance  of  a  structural system during its lifetime is subject to inherent uncertainties. In particular, it is demonstrated how methods  of  RBO  can  be  applied  for  scheduling  maintenance  activities  of  fatigue‐prone  metallic components. This problem  is of much relevance  in a number of branches of engineering,  such as aerospace engineering and particularly offshore engineering.  

About the Speaker Professor Schuëller  is Chair Professor at  the Leopold‐Franzens University,  Innsbruck, Austria, EU and director of its Institute of Engineering Mechanics since 1981. His field of research is stochastic methods  in structural and engineering mechanics, specifically mathematical modeling of  load and material  properties,  structural  reliability,  reliability  of  mechanical  components,  probabilistic fatigue, fracture and dynamic analysis and its application in space, aeronautical, wind, earthquake, ocean, nuclear  and mechanical engineering. 

He  is  author  and  co‐author of more  than 400 papers published  in various  scientific  journals  and conference proceedings, editor and co‐editor of 3 books and author of a Monograph and a book on "Introduction to Structural Safety and Reliability". 

Professor Schuëller  is member of  the editorial board of  several prestigious  journals. He has been invited as plenary keynote speaker to a number of international conferences and received several international  awards.  Additionally,  Dr.  Schuëller  has  also  been  a  consultant  to  various  major European corporations.   

Presentation 2 

H. A. Jensen Optimal Design and Tradeoff Analysis of Stochastic Dynamical Systems  

In  many  practical  applications  response  predictions  are  based  on  structural  models  whose parameters are uncertain. This is due to a lack of information about the value of system parameters external to the structure, such as environmental loads (earthquake, water wave and wind loadings) or  internal  such as material properties. Under uncertain conditions  the  field of  robust  reliability‐based  optimization  provides  a  realistic  and  rational  framework  for  structural  synthesis  which explicitly  account  for  the  uncertainties.  On  the  other  hand,  the  analysis  and  design  of  many structural  systems  usually  involves  several  design  goals which  are  required  to  be maximized  or minimized  simultaneously.  The  design  goals  are  potentially  conflicting  requirements  reflecting technical and economical performances of a given system design. To accommodate these conflicting design goals, such as cost and reliability, and explore the design options the problem is formulated in  terms of  a multi‐objective optimization procedure. The  results obtained  from  this  formulation provide useful information to the designer for decision making and tradeoff analysis. 

One of the difficulties for solving this type of problems is the high computational cost  involved in the  reliability  analyses  required  during  the  optimization  process.  This  is  due  to  the  fact  that  the reliability  estimation  of  stochastic  dynamical  systems  involves  the  estimation  of  failure probabilities  in  high‐dimensional  uncertain  parameter  spaces.  The  corresponding  optimization problems  are  solved  by  a  gradient‐based  optimization  scheme.  In  particular  an  interior  point algorithm  is  implemented  here.  The  algorithm  is  combined with  an  efficient  sensitivity  analysis which  is based on an advanced simulation technique. Example problems that consider non‐linear finite  element  building  models  under  stochastic  earthquake  excitation  and  typical  fixed  jacket platforms subject to stochastic water wave loading are presented to illustrate the efficiency of the proposed approach. Numerical results indicate that the procedure is quite effective for analysis and design of complex structural systems. 

 

About the Speaker Dr. Jensen is currently Professor in the Department of Civil Engineering at the Federico Santa Maria University in Chile. He is Mathematician Civil Engineer (University of Chile) and received his PhD in Applied  Mechanics  from  the  California  Institute  of  Technology  (CALTECH‐USA).  Prof.  Jensen  has been Visiting Professor at several universities: University of California at Los Angeles (UCLA‐USA); California  Institute  of  Technology  (USA);  University  of  Michigan  (USA);  University  of  Southern California  (USA);  and  University  of  Innsbruck  (Austria).  At  the  same  time  he  has  been  Visiting Researcher  in  a  number  of  international  universities  and  research  institutions.  His  research interests  are  in  the  areas  of  random  vibrations,  reliability‐based  design  optimization,  robust optimization, stochastic processes, finite elements, fuzzy optimization, and sensitivity and reliability analysis. Prof. Jensen has published numerous journal and conference papers in these areas.

Contact Person:      Prof Andrew Palmer  Tel: 6516 2994, Email: cvepalme@nus.edu.sg 

General Enquiry/Registration:      Ms Norela Tel: 6516 4314, Email: norela@nus.edu.sg 

 ***Seats are limited. Please register early. All are welcome and admission is free*** 

  

Location Map