Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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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.
Kim, Jeong-Tae;Na, Won-Bae;Hong, Dong-Soo;Lee, Byung-Jun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.6
s.52
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pp.57-65
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2006
This paper presents hybrid structural damage monitoring system which performs both global damage assessment of structure and damage detection of local structural joints. Hybrid damage monitoring system is composed of vibration-based technique and electro/mechanic impedance technique. Vibration-based technique detects global characteristic change ot structure using modal characteristic change of structure, and electro/mechanical impedance technique detects damage existence of local structural joints using impedance change of PZT sensor. For the verification of the proposed hybrid monitoring system, a series of damage scenarios are designed to loosened bolts situations of the structural joints, and acceleration response and impedance response signatures are measured. The proposed hybrid monitoring system is implemented to monitor global damage-state and local damages in structural joints.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.05a
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pp.183-184
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2016
This study investigated the evolution of electro-mechanical impedance (EMI) of piezoelectricity (PZT) sensor embedded in hydrating steel fiber reinforced mortar to determine the setting times of that. Penetration resistance test was also conducted in order to justify the valid of EMI sensing technique. As a result, the setting times of steel fiber reinforced mortar can be effectively monitored through the EMI sensing technique using PZT sensor.
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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.1
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pp.107-117
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2011
In this study, the effect of temperature-induced uncertainty to damage monitoring using acceleration-impedance response features is analyzed for presterssed concrete(PSC) girder bridges. Firstly, a damage monitoring algorithm using global and local vibration features is designed. As global and local features, acceleration and electro-mechanical impedance features are selected respectively. Secondly, the temperature effect on the acceleration and impedance features for a lab-scaled PSC girder is experimentally analyzed. From the experimental results, compensation models for temperature-acceleration features and temperature-impedance features are estimated. Finally, the feasibility of the acceleration-impedance-based damage monitoring technique using the compensation model is evaluated in the PSC girder for which a set of prestress-loss and flexural stiffness loss cases were dynamically tested.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.5
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pp.499-505
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2015
To properly design and assess a piezoelectric vibration energy harvester, it is necessary to consider the application of an efficiency measure of energy conversion. The energy conversion efficiency is defined in this work as the ratio of the electrical output power to the mechanical input power for a piezoelectric vibration energy harvester with an impedance-matched load resistor. While previous research works employed the electrical output power for approximate impedance-matched load resistance, this work derives an efficiency measure considering optimally matched resistance. The modified efficiency measure is validated by comparing it with finite element analysis results for piezoelectric vibration energy harvesters with three different values of the electro-mechanical coupling coefficient. New findings on the characteristics of energy conversion and conversion efficiency are also provided for the two different impedance matching methods.
This paper describes the smart structural system that uses smart materials for real-time monitoring and active control of bolted joints in steel structures. The impedance-based structural health monitoring (SHM) techniques, which utilize the electro-mechanical coupling property of piezoelectric materials, was used to detect loose bolts in bolted joints. By monitoring the measured electrical impedance and comparing it with the measured baseline, a bolt loosening damage was detected. The damage was evaluated quantitatively using the damage metrics in conductance signature with respect to the healthy states. When loosening damage was detected in the bolted joint, the external heater actuated the shape memory alloy (SMA) washer. Then the heated SMA washer expanded axially and adjusted the bolt tension to restore the lost torque. An experiment was conducted by integrating the piezoelectric-material-based SHM function and the SMA-based active control function on a bolted joint, after which the performance of thesmart self-healing joint system was investigated.
Park, Sung-Sik;Woo, Seung-Wook;Lee, Jung-Shin;Lee, Sae-Byeok;Lee, Jun Cheol
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.34
no.2
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pp.33-42
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2018
In this study, the EMI (electro-mechanical impedance) of a small piezoelectric sensor was applied for measuring a unit weight and cementation (strength) of sand. Three different sizes of uncemented Nakdong River sand were filled loosely or densely into a compaction mold. A piezoelectric sensor with 20 mm in diameter was installed within sand for impedance measurement. A small Nakdong River sand was mixed with cement ratios of 4, 8 12, 16% and then compacted into a specimen with 50 mm in diameter and 100 mm in height. The specimen consisted of 6 layers with a sensor at the third layer. The impedance signals for 3 days and unconfined compressive strength at the 3rd day were measured. As the unit weight of uncemented sand increased, the resonant frequency increased slightly from 102 to 105 kHz but a conductance at resonant frequency decreased. For cemented sands, as the curing time and cement ratio increased, the resonant frequency increased significantly from 129 to 266 kHz but the conductance at resonant frequency decreased. The unconfined compressive strength (UCS) of cemented sands was between 289 and 1,390 kPa for different cement ratios. The relationship of UCS and resonant frequency linearly increased but one with a conductance at resonant frequency was in inverse proportion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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