Yazdanpanah, O.;Seyedpoor, S.M.;Bengar, H. Akbarzadeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.4
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pp.725-744
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2015
In this paper, a new damage indicator based on mode shape data is introduced to identify damage in beam structures. In order to construct the indicator proposed, the mode shape, mode shape slope and mode shape curvature of a beam before and after damage are utilized. Mode shape data of the beam are first obtained here using a finite element modeling and then the slope and curvature of mode shape are evaluated via the central finite difference method. In order to assess the robustness of the proposed indicator, two test examples including a simply supported beam and a two-span beam are considered. Numerical results demonstrate that using the proposed indicator, the location of single and multiple damage cases having different characteristics can be accurately determined. Moreover, the indicator shows a better performance when compared with a well-known indicator found in the literature.
A series of experimental tests have been performed on a tube beam in which artificial damage is applied in order to address damage detectability using modal analysis. Modal parameters considered are frequency, displacement mode shape and strain mode shape CoMAC(Coordinate Modal Assurance Criterion) and Modal Vector Error have been adopted for presenting the change of displacement mode shape and strain mode shape. It is revealed strain mode shape is the most sensitive to damage.
An accurate non-model-based method for delamination identification of laminated composite plates is proposed in this work. A weighted mode shape damage index is formulated using squared weighted difference between a measured mode shape of a composite plate with delamination and one from a polynomial that fits the measured mode shape of the composite plate with a proper order. Weighted mode shape damage indices associated with at least two measured mode shapes of the same mode are synthesized to formulate a synthetic mode shape damage index to exclude some false positive identification results due to measurement noise and error. An auxiliary mode shape damage index is proposed to further assist delamination identification, by which some false negative identification results can be excluded and edges of a delamination area can be accurately and completely identified. Both numerical and experimental examples are presented to investigate effectiveness of the proposed method, and it is shown that edges of a delamination area in composite plates can be accurately and completely identified when measured mode shapes are contaminated by measurement noise and error. In the experimental example, identification results of a composite plate with delamination from the proposed method are validated by its C-scan image.
In modal analysis, the mode shape reflects the vibration characteristics of the structure, and thus it is widely performed for finite element model updating and structural health monitoring. Generally, the acceleration-based mode shape is suitable to express the characteristics of structures for the translational vibration; however, it is difficult to represent the rotational mode at boundary conditions. A tilt sensor and gyroscope capable of measuring rotational mode are used to analyze the overall behavior of the structure, but extracting its mode shape is the major challenge under the small vibration always. Herein, we conducted a feasibility study on a multi-mode shape estimating approach utilizing a single physical quantity signal. The basic concept of the proposed method is to receive multi-metric dynamic responses from two sensors and obtain mode shapes through bridge loading test with relatively large deformation. In addition, the linear transformation matrix for estimating two mode shapes is derived, and the mode shape based on the gyro sensor data is obtained by acceleration response using ambient vibration. Because the structure's behavior with respect to translational and rotational mode can be confirmed, the proposed method can obtain the total response of the structure considering boundary conditions. To verify the feasibility of the proposed method, we pre-measured dynamic data acquired from five accelerometers and five gyro sensors in a lab-scale test considering bridge structures, and obtained a linear transformation matrix for estimating the multi-mode shapes. In addition, the mode shapes for two physical quantities could be extracted by using only the acceleration data. Finally, the mode shapes estimated by the proposed method were compared with the mode shapes obtained from the two sensors. This study confirmed the applicability of the multi-mode shape estimation approach for accurate damage assessment using multi-dimensional mode shapes of bridge structures, and can be used to evaluate the behavior of structures under ambient vibration.
This study presents the application of two indices for the locating of cracks in Reinforced Concrete (RC) structures, as well as the development of their modified forms to overcome limitations. The first index is based on mode shape curvature and the second index is based on the fourth derivative of the mode shape. In order to confirm the indices' effectiveness, both eigenvalues coupled with nonlinear static analyses were carried out and the eigenvectors for two different damage locations and intensities of load were obtained from the finite element model of RC beams. The values of the damage-locating indices derived using both indices were then compared. Generally, the mode shape curvature-based index suffered from insensitivity when attempting to detect the damage location; this also applied to the mode shape fourth derivative-based index at lower modes. However, at higher modes, the mode shape fourth derivative-based index gave an acceptable indication of the damage location. Both the indices showed inconsistencies and anomalies at the supports. This study proposed modification to both indices to overcome identified flaws. The results proved that modified forms exhibited better sensitivity for identifying the damage location. In addition, anomalies at the supports were eliminated.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.36-43
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1998
The purpose of study is to propose numerical assessment methods of lateral deformation shape under lateral loads for regular high-rise buildings. The normalized 1st mode shape is used to assess lateral deformation shape. The assessment method are mass participation factor, representative value by RMS, the mean value, median of the nomalized 1st mode shape. These methods are able to know a fundamental lateral deformation shape of the building and effects of interactive systems numerically. Generally the characteristics of normalized 1st mode shape for various models coincide with numerical assessment results.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.10a
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pp.298-303
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2001
Most of mechanical failures are caused by repeated loadings and therefore they are strongly related to fatigue. To avoid the failures caused by fatigue, determination of an optimal shape of a structure is one of the very important factors in the initial design stage. Shape optimization for a compact tension specimen in opening mode in fracture mechanics, was accomplished by the linear elastic fracture mechanics and the growth-strain method in this study. Also shape optimization for a cantilever beam in mixed mode was carried out by the same techniques. The linear elastic fracture mechanics was used to estimate stress intensity factors and fatigue lives. And the growth-strain method was used to optimize the shape of the initial shape of the specimens. From the results of the shape optimization, it was found that shapes of two types of specimens and a cantilever beam optimized by the growth-strain method prolong their fatigue lives very much. Therefore, it was verified that the growth-strain method is an appropriate technique for shape optimization of a structure having a crack.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.9
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pp.97-104
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1999
Brake squeal noise has been a problem since the early days of motoring . It is important to obtain vibration mode shape for reduction of brake noise . Stroboscopic Electronic Speckle Pattern Interferometry is a very powerful measuring method for study of vibrating objects in static state compared with conventional methods because this method can give both resonance frequency and quantitative visualization of vibration mode shape at the same time. In this paper, we performed qualitative visualization and quantitative analysis of vibration mode shpae of disk brake by using stroboscopic ESPI and phase shifting method. The stroboscopic wavefronts are obtained by chopping continuous wave laser beam using acousto-optic modulator .Experiments were performed at the same constraint conditions as disk brake of the practical vehicle as far as possible. The experimental results of this paper show quantitative measurement of vibration mode shape and quantiative visualization of vibration amplitude of disk brake with 3D plotting.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.443-446
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2003
The vibration mode shape changed by the phase angle that can be controlled by phase-shifting ESPI system is discussed. For the phase-shifting ESPI experiment the stroboscopic illumination by using AOM(Acousto-Optic Modulator) is needed, and the initial phase angle can be adjusted by the program. The vibration mode shape is changed when the initial phase angle is changed. We examined the vibration mode shape change due to the initial phase angle change at each resonance frequency. Through this study, we found that in the vibration testing using phase-shilling ESPI the vibration mode shape is improved in the quality by adjusting exact phase angle and the error of the quantitative vibration analysis can be reduced.
In this paper, the three-dimensional finite element model is established to investigate the structural dynamic characteristics of rotor blade using a finite element analysis. Six natural frequencies and mode shapes are calculated by computer simulation. The first three flapping modal frequencies, the first two lead-lag modal frequencies, and the first feathering modal frequency are validated through comparison with the modal test results of the fixed rotor blade. The computer simulation results are found in good agreement with experimentally measured natural frequencies. The important results are obtained as follows: (1) Natural frequencies are changed due to the variation of rotational speed and fiber angle of rotor blade, (2) Weak coupling between flapping mode shape and lead-lag mode shape are detected, (3) Centrifugal force has more effect on flapping modal frequency than lead-lag modal frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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