• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.299-302
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• 2011

본 논문에서는 보 구조물의 응력 변화에 따른 구조역학적 임피던스의 특성을 분석하였다. 이를 위해 다음과 같은 연구가 수행되었다. 먼저 외팔보 형식의 알루미늄 보에 PZT센서와 strain gage를 부착하고, 하중을 단계적으로 증가시키면서 임피던스를 계측하였다. 다음으로 strain gage에서 계측된 변형률과 PZT로 부터 계측된 임피던스 사이의 관계를 분석하였다. 마지막으로 수치해석을 통해 변형률과 임피던스의 관계를 분석하여, 실험결과와 비교하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.32-35
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• 2011

전기역학적 임피던스(electromechanical impedance)를 이용한 구조물 건전성 모니터링(structural health monitoring; SHM) 기술은 구조물의 주요 부재에 압전센서를 부착하여 이로부터 획득한 임피던스 신호의 변화를 관찰함으로써 구조물의 국부적 상태를 실시간으로 진단하는 것이다. 임피던스는 손상뿐만 아니라 외부 온도에도 민감하게 반응하기 때문에 구조물 진단 결과에 상당한 오차를 유발할 수 있으므로 이에 대한 보상을 수행해야 한다. 따라서 본 논문에서는 온도변화가 임피던스 기반 진단 결과에 미치는 영향을 PZT 센서를 사용하여 실험적으로 연구하였다. 리액턴스(reactance)의 주성분 분석(Principal Component Analysis; PCA)을 통해 도출된 첫번째 주성분과 저항(resistance)으로부터 계산된 손상지수 사이의 관계를 분석함으로써, 온도변화에 의해 구별되지 않았던 손상을 보다 확연하게 구별 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.315-318
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• 2011

본 논문에서는 구조물 연결부의 실시간 손상 검색을 통해 이상이 감지되었을 경우 자가치유까지 가능한 지능형 볼트접합부 시스템에 관한 실험적 연구결과가 제시되었다. 지능형 센서인 PZT센서의 전기-역학적 커플링 특성을 이용한 전기역학적 임피던스 기반의 구조물 건전성 평가 방법이 사용되었다. 전기역학적 임피던스의 측정을 통한 계측값을 베이스라인 값과 비교하는 손상 평가를 통해 구조물 볼트접합부의 볼트풀림 손상을 진단하고, 손상은 손상지수 RMSD를 통하여 정량화되었다. 볼트접합부의 손상이 감지되었을 경우 형상기억합금(SMA) 와셔에 부착되어있는 히팅 필름에 전원을 가함으로써 형상기억합금에 열을 가하고, 가열된 형상기억합금 와셔는 축방향으로 팽창을 함으로써 잃었던 볼트의 토크력을 회복시켜주었다. 실험 결과, 제안된 전기역학적 임피던스 기반의 구조물 건전성 평가기법과 형상기억합금 와셔 기반의 볼트접합부 자가치유 시스템의 성능 평가와 검증이 이루어졌다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.57-65
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• 2006

본 논문에서는 구조물의 전역적인 손상도 평가와 국부 구조 연결부의 손상 검색을 동시에 수행할 수 있는 하이브리드 구조 손상 모니터링 체계가 제시되었다. 하이브리드 손상 모니터링 체계는 진동기반 기법과 전기/역학적 임피던스 기법으로 구성되었다. 진동기반 기법은 구조물의 모드특징의 변화를 사용하여 구조물의 전역적 특성의 변화를 감지하고, 전기/역학적 임피던스 기법은 PZT 센서의 저항 변화를 사용하여 국부 구조 연결부의 손상 여부를 검출한다. 제안된 하이브리드 모니터링 체계를 검증하기 위해 구조 연결부의 볼트 풀림 상황을 손상 시나리오로 선택하였으며, 가속도 응답과 임피던스 응답 신호가 계측되었다. 실험 결과, 제안된 하이브리드 모니터링 체계를 통해 구조물의 전역적 손상 상태와 국부 구조 연결부의 손상을 정확하게 모니터링 할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.629-636
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• 2011

본 연구는 압전 센서를 이용한 구조물의 실시간 모니터링과 강구조물 볼트접합부의 동적 컨트롤이 가능한 자가치유 시스템에 관한 것이다. 볼트접합부의 볼트 풀림 손상 탐색을 위해서 압전 물질의 전기역학적 커플링 성질을 이용하는 임피던스 기반의 구조물건전성평가 기법을 이용하였다. 계측된 임피던스 값을 기준치 값과 비교함으로써 볼트 풀림 손상 진단이 가능하다. 볼트 풀림 손상은 손상지수를 이용하여 정량적으로 평가되어지고, 손상이 진단되면 형상기억합금 와셔에 감겨있는 외부히터가 와셔에 열을 가하게 된다. 열이 가해진 형상기억합금 와셔는 축방향으로 팽창하고, 볼트접합부는 볼트풀림으로 인해 잃어버린 토크력을 회복하게 된다. 압전 센서를 이용한 임피던스 기반의 구조물건전성 평가기법과 형상기억합금 기반의 볼트접합부 동적 컨트롤 기능과 이를 이용한 자가치유 볼트접합부 시스템의 적용가능성과 성능을 실험을 통해 평가하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.347-351
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• 2010

판과 같은 구조물의 손상 감지를 위해, 손상 전 구조물의 임피던스 신호를 기저신호(Baseline impedance signal)로 이용하여 직접적으로 비교하지 않는 새로운 개념의 무기저 손상진단 기법(Reference-free impedance method)을 제시한다. 박막 압전소자(이하 PZT)를 판의 상하 표면에 부착시킨 한 쌍의 병치 PZT를 이용하여 손상으로 인해 모드변환을 일으키는 전기역학적 신호(Electro Mechanical Signatures ; 이하 EMS)를 추출한다. 이 연구에서는 스펙트럼 요소법(Spectral Element Method ; 이하 SEM)을 이용하여 주파수 영역에서 병치된 PZT의 EMS를 파악하기 위한 수치해석을 수행한다. 특히, 손상에 의해 발생된 모드변환 EMSMC를 병치된 PZT의 극성에 기인한 신호분해 기법을 적용하여 추출하고, 분해된 모드변환 EMSMC가 손상의 위치와 크기에 따라 받는 영향을 추가로 분석한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.107-117
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• 2011

본 논문에서는 PSC 거더 교량의 가속도-임피던스 응답 특성을 이용하는 손상 모니터링에 있어 온도유발 불확실성의 영향을 분석하였다. 먼저, 전역적 및 국부 진동 특성을 이용한 손상 모니터링 기법을 설계하였다. 전역적 및 국부 특성으로 각각 가속도 및 전기-역학적 임피던스 특성을 선정하였다. 다음으로 모형 PSC 거더 교량을 이용하여 온도유발 가속도-임피던스 응답 특성을 실험적으로 분석하였다. 실험 결과로부터 온도-가속도 및 온도-임피던스 응답 특징들에 대한 보정식을 산출하였다. 마지막으로 긴장력 감소 및 휨 강성 저하 경우들이 실험된 모형 PSC 거더를 대상으로 산출된 보정식을 이용한 가속도-임피던스기반 손상 모니터링 기법의 유용성이 평가되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.265-271
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• 2018

본 연구에서는 임피던스(impedance)를 이용하여 저비용으로 구조물의 결함을 탐지할 수 있는 기법을 연구한다. 임피던스 기법은 구조물 건전성 모니터링을 위한 국부적 결함탐지의 대표적인 기법으로써, 압전재료를 구조물의 표면에 부착하여 구조물의 전기-역학적 어드미턴스(electro-mechanical admittance) 신호를 모니터링 함으로써 결함을 추정하는 기법이다. 이 기법을 적용하기 위하여 일반적으로 고가의 임피던스 분석기(impedance analyser)가 사용되는데, 기술의 효과적인 보급을 위해서는 저비용의 기법을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 임피던스 분석기를 대체하여, 일반적으로 실험실에서 사용되는 함수발생기(function generator)와 디지털 멀티미터(digital multimeter)만을 이용하여 전달 임피던스(transfer impedance)를 측정함으로써 구조물에 발생하는 결함을 탐지할 수 있는 기법을 연구한다. 즉, 건전상태와 손상상태에서 측정되는 전압의 진폭비를 이용한 손상지수를 비교함으로써 결함 유무를 판정할 수 있는 기법을 연구한다. 강재 시편에 대한 전달 임피던스 실험을 수행하였는데, 출력 전압의 진폭비를 이용한 손상지수를 비교함으로써 결함 유무를 합리적으로 판정할 수 있었다. 본 연구는 임피던스 기반 저비용 결함탐지기법을 위한 기초연구로써, 향후 결함의 위치 및 정도를 판정할 수 있는 연구가 보완된다면 구조물 건전성 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
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• 제25권4호
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• pp.59-65
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• 2011

In structural health monitoring (SHM) using electro-mechanical impedance signatures, it is a critical issue for extremely large structures to extract the best damage diagnosis results, while minimizing unknown environmental effects, including temperature, humidity, and acoustic vibration. If the impedance signatures fluctuate because of these factors, these fluctuations should be eliminated because they might hide the characteristics of the host structural damages. This paper presents a long-term SHM technique under an unknown noisy environment for tidal current power plant structures. The obtained impedance signatures contained significant variations during the measurements, especially in the audio frequency range. To eliminate these variations, a continuous principal component analysis was applied, and the results were compared with the conventional approach using the RMSD (Root Mean Square Deviation) and CC (Cross-correlation Coefficient) damage indices. Finally, it was found that this approach could be effectively used for long-term SHM in noisy environments.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.171-178
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• 2010

가스관, 송유관 등의 배관구조물은 주요자원의 수송을 책임지는 핵심 지하시설물 중 하나이다. 이들은 사고 및 자연적인 노후화로 인해 국부적인 손상이 발생할 위험에 노출 되어있다. 하지만 대부분의 배관구조물은 지하의 좁은 공간에 복잡하게 연결되어있기 때문에 구조물의 건전성을 지속적으로 모니터링 하는데 어려움이 있었다. 이러한 지금까지 관리방식의 한계점을 극복하기 위해 최근 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 온라인 방식의 상시적 구조물 건전성 평가방법에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 전기-역학적 임피던스 기반의 실시간 배관 구조물 건전성 평가방법에 대하여 연구하였다. 배관 구조물에 발생하기 쉬운 볼트 풀림과 균열의 두 가지 국부손상을 가정하였고 압전효과를 가진 PZT와 MFC 센서를 이용하여 구조물의 상태에 따른 임피던스를 계측하여 손상탐색 실험을 수행하였다. 하나의 센서로 가진과 센싱을 동시에 수행할 수 있는 저비용 셀프센싱 기법을 사용하였고 배관 상태에 대한 객관적인 판단을 위해 손상지수인 RMSD 값을 사용하여 계측된 신호를 이용하여 손상의 정도를 정량화 시켰다. 손상여부의 판단을 위해 일반 극치 분포를 이용하여 최적화된 통계적인 정상상태의 임계값을 설정하였다. 위와 같은 실험적 연구과정을 통해 제안된 실시간 배관 구조물 건전성 평가 방법의 타당성과 효율성을 확인해 보았다.