Dodds, John S.;Meyers, Frederick N.;Loh, Kenneth J.
Smart Structures and Systems
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제12권1호
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pp.55-71
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2013
Structural health monitoring (SHM) is vital for detecting the onset of damage and for preventing catastrophic failure of civil infrastructure systems. In particular, piezoelectric transducers have the ability to excite and actively interrogate structures (e.g., using surface waves) while measuring their response for sensing and damage detection. In fact, piezoelectric transducers such as lead zirconate titanate (PZT) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) have been used for various laboratory/field tests and possess significant advantages as compared to visual inspection and vibration-based methods, to name a few. However, PZTs are inherently brittle, and PVDF films do not possess high piezoelectricity, thereby limiting each of these devices to certain specific applications. The objective of this study is to design, characterize, and validate piezoelectric nanocomposites consisting of zinc oxide (ZnO) nanoparticles assembled in a PVDF copolymer matrix for sensing and SHM applications. These films provide greater mechanical flexibility as compared to PZTs, yet possess enhanced piezoelectricity as compared to pristine PVDF copolymers. This study started with spin coating dispersed ZnO- and PVDF-TrFE-based solutions to fabricate the piezoelectric nanocomposites. The concentration of ZnO nanoparticles was varied from 0 to 20 wt.% (in 5 % increments) to determine their influence on bulk film piezoelectricity. Second, their electric polarization responses were obtained for quantifying thin film remnant polarization, which is directly correlated to piezoelectricity. Based on these results, the films were poled (at 50 $MV-m^{-1}$) to permanently align their electrical domains and to enhance their bulk film piezoelectricity. Then, a series of hammer impact tests were conducted, and the voltage generated by poled ZnO-based thin films was compared to commercially poled PVDF copolymer thin films. The hammer impact tests showed comparable results between the prototype and commercial samples, and increasing ZnO content provided enhanced piezoelectric performance. Lastly, the films were further validated for sensing using different energy levels of hammer impact, different distances between the impact locations and the film electrodes, and cantilever free vibration testing for dynamic strain sensing.
Popovics John S.;Cetrangolo Gonzalo P.;Jackson Nicole D.
비파괴검사학회지
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제26권6호
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pp.427-439
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2006
Accurate estimates of in place thickness of early age (3 to 28 days after casting) concrete pavements are needed, where a thickness accuracy of ${\pm}6mm$ is desired. The impact-echo method is a standardized non-destructive technique that has been applied for this task. However, the ability of impact-echo to achieve this precision goal is affected by Vp (measured) and ${\beta}$ (assumed) values that are applied in the computation. A deeper understanding of the effects of these parameters on the accuracy of impact-echo should allow the technique to be improved to meet the desired accuracy goal. In this paper, the results of experimental tests carried out on a range of concrete slabs are reported. Impact-echo thickness estimation errors caused by material property gradients and sensor type are identified. Correction factors to the standard analysis method are proposed to correct the identified errors and to increase the accuracy of the standard method. Results show that improved accuracy can be obtained in the field by applying these recommendations with the standard impact-echo method.
터널 설계 공사에서 터널 굴착 시 암반 내 절리 및 파쇄구간에서 발생하는 지하수 유입과 그에 따른 지하수위 저하를 예측 판단하기 위해서 다양한 현장 조사와 모델링 분석 등을 실시하였다. 그러나, 수리지질학적 특성상 다공질과 균열 암반 매질간의 정확한 구별 없이 혼별 되어 적용되었기 때문에 합리적인 설계 적용에 어려움이 많았다. 또한, 다양한 조사방법들의 정확한 적용 목적과 상호 관계에 대한 명확한 규정 없이 실시되어 획득된 결과들의 중첩, 실제 필요한 자료의 미획득, 잘못된 자료 결과의 적용 등을 발생 시켰다. 따라서, 본 논문에서는 지하수 환경 영향 평가 조사 과정에서 실시되는 여러 가지 방법들을 현장 조사, 현장 시험, 그리고 수치해석 프로그램 순으로 구별하여 각 방법들의 수리적 특성을 정의하고 적합한 적용 대상을 규명 하였다. 또한 각 방법들의 상호관계 및 전체적인 조사 순서에 대한 전체적인 기술지도를 작성하였다. 작성된 지도를 통해 해당되는 대상 지역 특성에 따라 적절한 조사 방법의 배치, 시험 수량 및 분석 방법 등을 결정하여 체계적인 조사를 수행 하여 우리나라 터널 구간 주변에 대부분 분포하는 암반 내 지하수 환경 시스템을 보다 합리적으로 규명하여 반영할 수 있을 것으로 기대된다.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.407-412
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1998
In this work, a new time integration method is proposed using the generalized derivative concept to simulate the dynamic phenomena having sudden constraint occurring in dynamic contact/impact problems. By the adoption of the generalized derivative concept and jump assumption, discontinuity can be incorporated in time integration and as a result, the algorithm does not need any other special consideration of jumps in dynamic field variables due to sudden constraint like dynamic contact-release conditions. To observe the characteristics of the proposed time integration method, the stability and convergence analyses are carried out. In numerical tests, several dynamic contact/impact problems are analyzed by straightforward application of the proposed time integration method with the exterior penalty method.
Recently, two reverberation rooms were built up of 300mm thick concrete walls in non-parallel pentagonal shape to measure the sound absorption, transmission, radiation, and impact insulation of acoustical materials, panels, doors, etc. Various acoustic tests, including the sound transmission test, were carried out to investigate their acoustic performances. In order to improve the performance, several modifications on these acoustical parameters, such as the acoustic mode, the position of specimen, the formation of diffuse field, the location of sound source, and flanking transmission, have been conducted. Through a series of tests, the reverberation rooms have been effectively improved so that it could perform a variety of acoustic tests with the international standard. And then, it is expected to be very helpful in developing the low noise design technology for ships.
This paper presents investigation of damping characteristics of squeeze mode type MR (magneto-Rheological) mount experimentally. Since damping property of the MR fluid is changed by variation of the applied magnetic field strength, squeeze mode type MR mount proposed in the study has variable damping characteristics according to the applied magnetic field strength. Impact and excitation tests were performed to investigate the dynamic properties of squeeze mode type MR mount. Responses of the mount were compared in proportion to the applied magnetic field strength. The experimental results show that the mount can effectively reduce vibration amplitude in a wide frequency range by changing the applied magnetic field strength.
An impact-type seed-metering device was developed for the planting of rice-pellets. In this study, new design of pellet-metering device focused on simplicity and precision seeding for the planting of rice-seed pellets. In addition of seed-metering device, several devices were also developed such as seed-guiding device, seed-supplying tube and furrow opener for precision pellet planting. Field test was conducted to estimate the planting performance of the developed metering device. As a cam rotates, the impact bar of the metering device pushes a rice-seed pellet so that the seed can be discharged from the seed-supplying tube in the impact-type seed-metering device. Results of the tests showed that mean seeding spacing was 12cm at the traveling speed of 1.0m/s, corresponding to a target spacing for planting of rice-seed pellets. Also, both miss-seeded rate and damaged-seed rate were less than 2.0%, indicating acceptable levels for the precision planting. The developed mechanism of the impact-type metering device can be directly applied to the design of metering devices for the precision pellet planting of other crops.
PURPOSES : The objective of this study was to develop an impact resonance (IR) test procedure for thin disk-shaped specimens in order to determine the ${\mid}E^*{\mid}$ and phase angle values of various asphalt mixtures. METHODS : An IR test procedure was developed for evaluating thin disk-shaped specimens, in order to determine the dynamic modulus (${\mid}E^*{\mid}$) of various asphalt mixtures. The IR test method that was developed to determine the elastic modulus values of Portland cement concrete was evaluated, which method uses axisymmetric flexural vibration proposed by Leming et al. (1996). The IR tests were performed on three different mixtures of New York with varying nominal maximum aggregate sizes (NY9.5, NY19, and NY25) at six different temperatures ($10-60^{\circ}C$). The ${\mid}E^*{\mid}$ values obtained from the IR tests were compared with those determined by the commonly used AASHTO T342-11 test. RESULTS AND CONCLUSIONS : The IR test method was employed to determine the ${\mid}E^*{\mid}$ values of thin-disk-shaped specimens of various asphalt mixtures. It was found that the IR test method when used with thin disk-like specimens is a simple, practical, and cheap tool for determining the ${\mid}E^*{\mid}$ values of field cores. Further, it was found the ${\mid}E^*{\mid}$ values obtained from the IR tests using thin disk-like specimens were almost similar to those obtained using the AASHTO T342-11 test.
Nonlinear low velocity impact response of sandwich beam with laminated composite face sheets and soft core is studied based on Extended High Order Sandwich Panel Theory (EHSAPT). The face sheets follow the Third order shear deformation beam theory (TSDT) that has hitherto not reported in conventional EHSAPT. Besides, the two dimensional elasticity is used for the core. The nonlinear Von Karman type relations for strains of face sheets and the core are adopted. Contact force between the impactor and the beam is obtained using the modified Hertz law. The field equations are derived via the Ritz based applied to the total energy of the system. The solution is obtained in the time domain by implementing the well-known Runge-Kutta method. The effects of boundary conditions, core-to-face sheet thickness ratio, initial velocity of the impactor, the impactor mass and position of the impactor are studied in detail. It is found that each of these parameters have significant effect on the impact characteristics which should be considered. Finally, some low velocity impact tests have been carried out by Drop Hammer Testing Machine. The contact force histories predicted by EHSAPT are in good agreement with that obtained by experimental results.
The pilot study was conducted to (i) investigate the ability of various membrane integrity monitoring methods to detect changes in membrane integrity during operation, and (ii) determine the impact of membrane damage on microbial removal by microfiltration. Two variations of air pressure hold tests were investigated for direct integrity monitoring: pressure decay (PD) and diffusive air flow (DAF) tests which are most commonly used integrity tests for microfiltration (MF) membranes. Both PD and DAF tests were sensitive enough to detect one damaged fiber out of 66,000 under field operaing conditions. Indirect integrity monitoring such as turbidity and particle counting, however, responded poorly to defects in membrane systems. Microbial challenge study was performed using both new and deliberately damaged membranes, as well as varying the state of fouling of the membrane. This study demonstrated that MF membrane with nominal pore size $0.2{\mu}m$ was capable of removing various pathogens including coliform, spore, and cryptosporidium, at the level required by drinking water regulations, even when high operating pressures were applied. A sharp decrease in average log reduction value (LRV) was observed when one fiber was damaged, emphasizing the importance of membrane integrity in control of microbial contamination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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