Steel-confined reinforced concrete (SCRC) columns feature highly complex and invisible mechanisms that make damage evaluation and pattern recognition difficult. In the present article, the prevailing acoustic emission (AE) technique was applied to monitor and evaluate the damage process of steel-confined RC columns in a quasi-static test. AE energy-based indicators, such as index of damage and relax ratio, were proposed to trace the damage progress and quantitatively evaluate the damage state. The fuzzy C-means algorithm successfully discriminated the AE data of different patterns, validity analysis guaranteed cluster accuracy, and principal component analysis simplified the datasets. A detailed statistical investigation on typical AE features was conducted to relate the clustered AE signals to micro mechanisms and the observed damage patterns, and differences between steel-confined and unconfined RC columns were compared and illustrated.
This study is to investigate a damage estimation of single edge notched tensile specimens as a function of acoustic emission(AE) according to the uni-directionally oriented carbon fiber/epoxy composites, CFRP In fiber reinforced composite materials, AE signals due to several types of failure mechanisms are typically observed. These are due to fiber breakage, fiber pull-out matrix cracking, delamination, and splitting or fiber bundle breaking. And these are usually discriminated on the basis of amplitude distribution, event counts, and energy related parameters. In this case, AE signals were analyzed and classified 3 regions by AE event counts, energy and amplitude for corresponding applied load. Bath-tub curve shows 3 distinct periods during the lifetime of a single-edge-notch(SEN) specimen. The characterization of AE generated from CFRP during SEN tensile test is becoming an useful tool f3r the prediction of damage failure or/and failure mode analysis.
The increased use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) in retrofitting reinforced concrete (RC) members has led to the need to develop non-destructive techniques that can monitor and characterize the unique damage mechanisms exhibited by such structural systems. This paper presented the damage characterization results of six CFRP retrofitted RC beam specimens tested in the laboratory and monitored using acoustic emission (AE). The focus of this study was to continuously monitor the change in AE parameters and analyze them both qualitatively and quantitatively, when brittle failure modes such as debonding occur in these beams. Although deterioration of structural integrity was traceable and can be quantified by monitoring the AE data, individual failure mode characteristics could not be identified due to the complexity of the system failure modes. In all, AE was an effective non-destructive monitoring tool that can trace the failure progression in RC beams retrofitted with CFRP. It would be advantageous to isolate signals originating from the CFRP and concrete, leading to a more clear understanding of the progression of the brittle damage mechanism involved in such a structural system. For practical applications, future studies should focus on spectral analysis of AE data from broadband sensors and automated pattern recognition tools to classify and better correlate AE parameters to failure modes observed.
Reliable estimation of compressive as well as tensile in-situ stresses is critical in the design and analysis of underground structures and openings in rocks. Kaiser effect technique, which uses acoustic emission from rock specimens under cyclic load, is well established for the estimation of in-situ compressive stresses. This paper investigates the Kaiser effect on marble specimens under cyclic uniaxial compressive as well as cyclic uniaxial tensile conditions. The tensile behavior was studied by means of Brazilian tests. Each specimen was tested by applying the load in four loading cycles having magnitudes of 40%, 60%, 80% and 100% of the peak stress. The experimental results confirm the presence of Kaiser effect in marble specimens under both compressive and tensile loading conditions. Kaiser effect was found to be more dominant in the first two loading cycles and started disappearing as the applied stress approached the peak stress, where felicity effect became dominant instead. This behavior was observed to be consistent under both compressive and tensile loading conditions and can be applied for the estimation of in-situ rock stresses as a function of peak rock stress. At a micromechanical level, Kaiser effect is evident when the pre-existing stress is smaller than the crack damage stress and ambiguous when pre-existing stress exceeds the crack damage stress. Upon reaching the crack damage stress, the cracks begin to propagate and coalesce in an unstable manner. Hence acoustic emission observations through Kaiser effect analysis can help to estimate the crack damage stresses reliably thereby improving the efficiency of design parameters.
Park, June-Ho;Kwon, Tae-Hyuk;Han, Gyeol;Kim, Jin-Seop;Hong, Chang-Ho;Lee, Hang-Lo
방사성폐기물학회지
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제20권3호
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pp.297-306
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2022
The acoustic emission (AE) is proposed as a feasible method for the real-time monitoring of the structural damage evolution in concrete materials that are typically used in the storage of nuclear wastes. However, the characteristics of AE signals emitted from concrete structures subjected to various environmental conditions are poorly identified. Therefore, this study examines the AE characteristics of the concrete structures during uniaxial compression, where the storage temperature and immersion conditions of the concrete specimens varied from 15℃ to 75℃ and from completely dry to water-immersion, respectively. Compared with the dry specimens, the water-immersed specimens exhibited significantly reduced uniaxial compressive strengths by approximately 26%, total AE energy by approximately 90%, and max RA value by approximately 70%. As the treatment temperature increased, the strength and AE parameters, such as AE count, AE energy, and RA value, of the dry specimens increased; however, the temperature effect was only minimal for the immersed specimens. This study suggests that the AE technique can capture the mechanical damage evolution of concrete materials, but their AE characteristics can vary with respect to the storage conditions.
Jong-Won Lee;Tae-Min Oh;Hyunwoo Kim;Min-Jun Kim;Ki-Il Song
Geomechanics and Engineering
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제37권2호
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pp.149-166
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2024
The acoustic emission (AE) technique is utilized to estimate the rock failure status in underground spaces. Understanding the AE characteristics under loading conditions is essential to ensure the reliability of AE monitoring. The AE characteristics depend on the material properties (p-wave velocity, density, UCS, and Young's modulus) and damage stages (stress ratio) of the target rock mass. In this study, two groups of granite specimens (based on the p-wave velocity regime) were prepared to explore the effect of material properties on AE characteristics. Uniaxial compressive loading tests with an AE measurement system were performed to investigate the effect of the rock properties using AE indices (count index, energy index, and amplitude index). The test results were analyzed according to three damage stages classified by the stress ratio of the specimens. Count index was determined to be the most suitable AE index for evaluating rock mass stability.
It was well recognized that the damages associated mainly with the aging of civil infrastructures were one of very serious problems for assurance of safety and reliability. Recently carbon fiber sheet(CFS) has been widely used for reinforcement and rehabilitation of damaged concrete beam. However, the fundamental mechanism of load transfer and its load-resistant for carbon fiber sheet reinforced concrete are not fully understood. In this study, three point bending test has been carried out to understand the damage progress and the micro-failure mechanism of CFS reinforced mortars. For this purpose, four different types of specimens are used, that is, mortar, steel bar reinforced mortar, CFS reinforced mortar, and steel bar and CFS reinforced morter. Acoustic Emission(AE) technique was used to evaluate the characteristics of damage progress and the failure mechanism of specimens. in addition, two-dimensional AE source location was also performed to monitor crack initiation and propagation processes for these specimens.
Optical fiber vibrations sensors (OFVSs) and extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) were used in damage monitoring of fiber-metal laminates(FML). The optical fiber vibration sensor and EFPI were applied in order to detect and evaluate the strain, damage and failure of FML. Damages in composites, such as matrix cracks, delamination and fiber breakage may occur as a result of excessive load, fatigue and low-velocity impacts. Tensile test was performed with the measurement of optical signal and acoustic emission (AE). The signals of the optical fiber vibration sensor due to damages were quantitatively evaluated by wavelet transform. EFPI was less sensible to the damage signals compared with the optical fiber vibration sensor. It was found that damage information of comparable in quality to acoustic emission data could be obtained from the optical fiber vibration sensor signals.
Aerospace structures need high stability and long life because many personal injuries can result from an accident and securing structural integrity for various external environments is more important than any other thing. So first of all we must prove the destruction properties for operating environment, have prediction technology about damage evolution and life, and develop an economical non-destructive technology capable of detecting structure damage. Acoustic emission (AE) have no need of artificial environment like ultrasonic inspection or radio fluoroscopy to emit a certain energy, is a testing technique using seismic signal resulting from interior changes of solids, and enables to observe if any fault is appeared and it grows seriously or not while running. In this study we suggest the method of structural integrity evaluation for aerospace structures through the acoustic emission technique, for which a model plane was manufactured and an actual operation test was conducted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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