DOI QR코드

DOI QR Code

A Study on the Crack Detection Using the Wavelet Transformation of Mode Shape for Hull Girder

고유진동형의 웨이블렛 변환에 의한 선체 거더의 균열 진단에 관한 연구

  • 이대성 (삼성중공업(주) 선체설계부) ;
  • 조대승 (부산대학교 조선해양공학과)
  • Published : 2002.05.01

Abstract

The early damage detection of large structures is very important to prevent the disaster due to its global failure. In this paper, a crack detection method of the beam-analogy structure based on the wavelet transformation of mode shape is presented. The method can effectively detect the singularity of mode shape caused to the inconsistency of bending moment and shear force at the damaged part using the discrete wavelet of mode shape and its inverse transforms of detail components. To investigate the validity and the applicability of the presented damage detection method, numerical simulation and experiment are carried out for the idealized beam and the real ship structures.

대형 구조물의 결함 유무 및 결함 발생시의 위치 진단은 이들 구조물의 중대 손상으로 인한 인명 및 경제적 손실 예방에 매우 중요하다. 본 논문에서는 보유추 구조물에 결함이 존재할 경우 구조물의 모드 형상에 특이점으로 반영된다는 것에 착안하여, 결함으로 인한 보유추 구조물 고유진동형의 특이점을 고유진동형을 한번 웨이블렛 변환한 후 이의 상세 성분만을 역 웨이블렛 변환으로 복구한 값의 크기를 이용해서 찾는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 적용한 결함진단 방법의 타당성과 유용성은 두께 변화 또는 균열을 갖는 양단 자유 보에 대한 수치해석과 실험 및 균열을 갖는 선체 거더에 대한 수치해석을 수행하여 검토하였다.

Keywords

References

  1. 김성찬, 윤장호, 藤本由紀夫, 1999, “부식효과를 고려한 선체구조 검사계획안의 최적화”, 대한조선학회논문집, 제36권 제4호, pp.137-146.
  2. 김재동, 이종원, 홍창호, 1996, “복수표면균열을 갖는 구조요소의 피로수명 예측”, 대한조선학회논문집, 제33권 제4호, pp.75-86.
  3. 김정제, 윤범상, 양박달치, 1993, “선체의 스펙트럼 피로해석에 대한 효율적인 계산방법“, 대한조선학회논문집, 제30권 제4호, pp.93-101.
  4. 노인식, 남용윤, 이호섭, 1993, “독립구형 LNG 탱크의 구조안정성 평가 (제1보) - 피로 균열 발생수명 예측”, 대한조선학회논문집, 제30권 제2호, pp.132-140.
  5. 노인식, 남용윤, 이호섭, 1993, “독립구형 LNG 탱크의 구조안정성 평가 (제2보) - LBF이론에 의한 피로균열 진전해석”, 대한조선학회논문집, 제30권 제4호, pp.74-82.
  6. 백점기, 양수홍, 김성규, 1996, “부식을 고려한 선각 거더의 최종 강도 신뢰성”, 대한조선학회논문집, 제33권 제2호, pp.96-110.
  7. 신찬호, 박재홍, 백상환, 1999, “선체 감시 장치의 개발”, 선박해양구조연구회 논문집, 제 13권 1호, pp. 177-193.
  8. 윤장호, 양영순, 1991, “Markov Chain Model을 이용한 구조물의 피로신뢰성 해석에 관한 연구”, 대한조선학회논문집, 제28권 제2호, pp.228-240.
  9. 이남용, 김윤영, 1999, “웨이블렛이란”, 한국소음진동학회지, 제9권 제 5호, pp. 867-875.
  10. 이호철, 김윤영, 이용욱, 1999, “모드형상의 웨이블렛 변환을 이용한 보의 결함진단”, 한국소음공학회, 춘계학술대회 논문집, pp. 430-435.
  11. 임상전, 변태욱, 1993, “신뢰성 해석에 의한 초기 균열을 갖는 구조부재의 건전성 평가 방법”, 대한조선학회논문집, 제30권 제2호, pp.161-176.
  12. Boltezar, M., Strancar, B. and Kuhelj, A., 1998, "Identification of Transverse Crack Location in Flexural Vibrations of Free-Free Beams", J. of Sound and Vibration, Vol. 211 No.5, pp. 729-734. https://doi.org/10.1006/jsvi.1997.1410
  13. Chui, C.K., 1997, "A Mathematical Tool for Signal Analysis", SIAM.
  14. Daubechies, I., 1988, "Orthonormal Basis of Compactly Supported Wavelets", Comm. Pure & Appl. Maths, Vol. 46, pp. 909-996.
  15. Daubechies, I., 1990, "The Wavelet Transform, Time-Frequency Localization and Signal Analysis", IEEE Transactions of Information Theory, Vol. 36, pp. 961-1005. https://doi.org/10.1109/18.57199
  16. Dihondros, T.G., 1998, "A Continuous Cracked Beam Vibration Theory", J. of Sound and Vibration, Vol. 215 No. 1, pp. 17-34. https://doi.org/10.1006/jsvi.1998.1640
  17. Maia, N.M.M. and Silva, J.M.M., 1999, "Damage Detection Using the Frequency-Response-Function Curvature Method", J. of Sound and Vibration, Vol. 226 No.5, pp. 1029-1042. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2340
  18. Misiti, M., Misiti, Y., Oppenheim, G. and Poggi, J.M., 1997, "Wavelet Toolbox User's Guide", MathWorks, Inc.
  19. Narkis, Y., 1994, "Identification of Crack Location in Vibrating Simply Supported Beams", J. of Sound and Vibration, Vol. 172 No. 4, pp. 549-558. https://doi.org/10.1006/jsvi.1994.1195
  20. Nash, G.E. 1969 "An Analysis of the Forces and Bending Moments Generated during the Notched Beam Impact Test", J. of Fracture Mechanics, Vol. 5, pp. 269-286.
  21. Newland, D.E., 1994, "An Introduction to Random Vibrations, Spectral & Wavelet Analysis", Longman Scientific & Technical.
  22. Pandey, A.K., Biswas, M. and Samman, M.M., 1991, "Damage Detection from Changes in Curvature Mode Shape", J. of Sound and Vibration, Vol. 145, pp. 312-332.
  23. Rao, M. R. and Bopardikar, A.S., 1998, "Wavelet Transforms - Introduction to Theory and Applications", Addison-Wesley Inc.
  24. Strang G. and Nguyen, T., 1997, "Wavelets and Filter Banks", Wellesley Cambridge Press.
  25. Wahab, M.M.A., 1999, "Damage Detection in Bridges Using Modal Curvatures: Application to a Real Damage Scenario", J. of Sound and Vibration, Vol. 226 No. 2, pp. 217-235. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2295
  26. Wang, Z., Lin, R.M. and Lim, M.K., 1997, "Structural Damage Detection Using Measured FRF Data", Comput. Methods Appl. Mech. Engineering, Vol. 147, pp. 187-197. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(97)00013-3

Cited by

  1. Wet Damping Estimation of the Segmented Hull Model using the Random Decrement Technique vol.50, pp.4, 2013, https://doi.org/10.3744/SNAK.2013.50.4.217