Global Sensitivity Analysis of Structural Reliability Using Cliff Delta

Simple item page
dc.contributor.authorKala, Zdeněkcs
dc.coverage.issue13cs
dc.coverage.volume12cs
dc.date.accessioned2025-02-03T14:45:41Z
dc.date.available2025-02-03T14:45:41Z
dc.date.issued2024-07-07cs
dc.description.abstractThis paper introduces innovative sensitivity indices based on Cliff's Delta for the global sensitivity analysis of structural reliability. These indices build on the Sobol' method, using binary outcomes (success or failure), but avoid the need to calculate failure probability P-f and the associated distributional assumptions of resistance R and load F. Cliff's Delta, originally used for ordinal data, evaluates the dominance of resistance over load without specific assumptions. The mathematical formulations for computing Cliff's Delta between R and F quantify structural reliability by assessing the random realizations of R > F using a double-nested-loop approach. The derived sensitivity indices, based on the squared value of Cliff's Delta delta(2)(C), exhibit properties analogous to those in the Sobol' sensitivity analysis, including first-order, second-order, and higher-order indices. This provides a framework for evaluating the contributions of input variables on structural reliability. The results demonstrate that the Cliff's Delta method provides a more accurate estimate of Pf. In one case study, the Cliff's Delta approach reduces the standard deviation of Pf estimates across various Monte Carlo run counts. This method is particularly significant for FEM applications, where repeated simulations of R or F are computationally intensive. The double-nested-loop algorithm of Cliff's Delta maximizes the extraction of information about structural reliability from these simulations. However, the high computational demand of Cliff's Delta is a disadvantage. Future research should optimize computational demands, especially for small values of P-f.en
dc.description.abstractTento článek představuje inovativní citlivostní indexy založené na Cliffově deltě pro globální citlivostní analýzu spolehlivosti konstrukcí. Tyto indexy vycházejí z metody Sobol', využívají binární výsledky (úspěch nebo selhání), ale obcházejí nutnost výpočtu pravděpodobnosti poruchy Pf a s tím související distribuční předpoklady odolnosti R a zatížení F. Cliffova delta, původně využívaná pro ordinální data, hodnotí dominanci odolnosti nad zatížením bez specifických předpokladů. Matematické formulace pro výpočet Cliffovy delty mezi R a F kvantifikují spolehlivost konstrukce hodnocením náhodných realizací R > F pomocí přístupu s dvojitě vnořenou smyčkou. Odvozené citlivostní indexy, založené na druhé mocnině Cliffovy delty C, vykazují vlastnosti analogické těm v Sobolově citlivostní analýze, včetně indexů prvního, druhého a vyšších řádů. Tento rámec umožňuje hodnocení příspěvků vstupních proměnných ke spolehlivosti konstrukcí. Výsledky ukazují, že metoda Cliffovy delty poskytuje přesnější odhad Pf. V jedné případové studii metoda Cliffovy delty snižuje směrodatnou odchylku odhadů Pf při různých počtech běhů Monte Carlo. Tato metoda je zvláště významná pro aplikace s využitím MKP, kde jsou opakované simulace R nebo F výpočetně náročné. Algoritmus s dvojitě vnořenou smyčkou u Cliffovy delty maximalizuje využití informací o spolehlivosti konstrukcí z těchto simulací. Nevýhodou je však vysoká výpočetní náročnost Cliffovy delty. Budoucí výzkum by se měl zaměřit na optimalizaci výpočetních požadavků, zejména pro nízké hodnoty Pf.cs
dc.formattextcs
dc.format.extent1-18cs
dc.format.mimetypeapplication/pdfcs
dc.identifier.citationMathematics. 2024, vol. 12, issue 13, p. 1-18.en
dc.identifier.doi10.3390/math12132129cs
dc.identifier.issn2227-7390cs
dc.identifier.orcid0000-0002-6873-3855cs
dc.identifier.other194122cs
dc.identifier.researcheridA-7278-2016cs
dc.identifier.scopus7003615152cs
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11012/249942
dc.language.isoencs
dc.publisherMDPIcs
dc.relation.ispartofMathematicscs
dc.relation.urihttps://www.mdpi.com/2227-7390/12/13/2129cs
dc.rightsCreative Commons Attribution 4.0 Internationalcs
dc.rights.accessopenAccesscs
dc.rights.sherpahttp://www.sherpa.ac.uk/romeo/issn/2227-7390/cs
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/cs
dc.subjectsensitivity analysisen
dc.subjectCliff's Deltaen
dc.subjectreliability analysisen
dc.subjectimportance measureen
dc.subjectfailure probabilityen
dc.subjectuncertaintyen
dc.subjectcitlivostní analýza
dc.subjectCliffova delta
dc.subjectanalýza spolehlivosti
dc.subjectmíra důležitosti
dc.subjectpravděpodobnost poruchy
dc.subjectneurčitost
dc.titleGlobal Sensitivity Analysis of Structural Reliability Using Cliff Deltaen
dc.title.alternativeGlobální citlivostní analýza spolehlivosti konstrukcí pomocí Cliffovy deltycs
dc.type.driverarticleen
dc.type.statusPeer-revieweden
dc.type.versionpublishedVersionen
sync.item.dbidVAV-194122en
sync.item.dbtypeVAVen
sync.item.insts2025.02.03 15:45:41en
sync.item.modts2025.02.03 11:06:53en
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. Ústav stavební mechanikycs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
mathematics1202129.pdf
Size:
5.38 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file mathematics1202129.pdf
Download
Collections
Ústav stavební mechaniky