• Smart Structures and Systems
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• 제3권4호
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• pp.475-494
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• 2007

This paper deals with the development of an innovative distributed construction system based on smart prefabricated concrete elements for the real-time condition assessment of civil infrastructure. So far, two reduced-scale prototypes have been produced, each consisting of a $0.2{\times}0.3{\times}5.6$ m RC beam specifically designed for permanent instrumentation with 8 long-gauge Fiber Optic Sensors (FOS) at the lower edge. The sensing system is Fiber Bragg Grating (FBG)-based and can measure finite displacements both static and dynamic with a sample frequency of 625 Hz per channel. The performance of the system underwent validation in the laboratory. The scope of the experiment was to correlate changes in the dynamic response of the beams with different damage scenarios, using a direct modal strain approach. Each specimen was dynamically characterized in the undamaged state and in various damage conditions, simulating different cracking levels and recurrent deterioration scenarios, including cover spalling and corrosion of the reinforcement. The location and the extent of damage are evaluated by calculating damage indices which take account of changes in frequency and in strain-mode-shapes. The outcomes of the experiment demonstrate how the damage distribution detected by the system is fully compatible with the damage extent appraised by inspection.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제62권5호
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• pp.619-629
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• 2017

This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권3호
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• pp.87-93
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• 2008

지반의 비선형 전단탄성계수를 결정하기 위한 현장시험에서는, 먼저 지반과 원형기초에 지오폰을 설치하고, 기초에 대형 진동발생장치를 이용하여 진동하중을 가한다. 이 때, 지오폰으로부터 지반과 기초의 거동을 측정하고, 본 거동을 분석하여 전단탄성 계수와 해당 전단변형률을 결정할 수 있다. 본 논문에서는 현장시험결과로부터 지반의 선형, 비선형 전단탄성계수를 결정하기위한 역해석 과정의 필요성과 그 개발에 초점을 맞추었다. 제안된 역해석 과정은 비선형 최소자승법을 근간으로 하며, 거동이 계측되지 않는 곳의 지반의 비선형성을 고려하기 위하여 이중 반복루프를 사용하였다. 역해석 과정의 적용성을 검토하기 위하여 일련의 수치해석을 수행하였으며, 또한 역해석 적용의 예제를 보였다. 제안된 방법은 현장지반의 전단탄성계수 분포의 변화가 극심하지 않은 경우에는 전반적으로 우수한 적용성을 보이지만, 해석대상 지반의 전단파속도 분포가 역해석의 정확성에 영향을 수 있으므로, 예비 역해석을 통해 산출될 오차를 정량화 하는 것이 필요하다.

• Smart Structures and Systems
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• 제30권6호
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• pp.639-648
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• 2022

This study aims at numerically and experimentally investigating torsional guided wave mixing with weak material nonlinearity under acoustoelastic effect in tubular structures. The acoustoelastic effect on single central frequency guided wave propagation in structures has been well-established. However, the acoustoelastic on guided wave mixing has not been fully explored. This study employs a three-dimensional (3D) finite element (FE) model to simulate the effect of stress on guided wave mixing in tubular structures. The nonlinear strain energy function and theory of incremental deformation are implemented in the 3D FE model to simulate the guided wave mixing with weak material nonlinearity under acoustoelastic effect. Experiments are carried out to measure the nonlinear features, such as combinational harmonics and second harmonics in related to different levels of applied stresses. The experimental results are compared with the 3D FE simulation. The results show that the generation combinational harmonic at sum frequency provides valuable stress information for tubular structures, and also useful for damage diagnosis. The findings of this study provide physical insights into the effect of applied stresses on the combinational harmonic generation due to wave mixing. The results are important for applying the guided wave mixing for in-situ monitoring of structures, which are subjected to different levels of loadings under operational condition.

• 대한토목학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.91-102
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• 1990

본 연구는 다양한 지반조건에 따른 동적거동해석의 안정성 및 경제성을 분석하기 위하여 토사지반을 포함하는 시험부지를 선택하여 토사지반에서는 미소변형율의 crosshole test 및 downhole test와 대변형율의 반복삼축시험, 암반에서는 미소변형율에서 현장시험인 crosshole test, downhole test와 실내시험인 sonic test를 실시해 변형율에 따른 지반의 동적전단계수, 감쇠비와 포아슨비 등을 측정하였다. 시험으로 구한 동적지반특성과 기초특성과의 상관관계를 회귀분석을 통하여 분석하였고, 지반의 설계대표치는 시험결과를 토대로 지반별 분포특성 및 영향요인을 고려하여 토사지반에서는 비선형 응력-변형모델로, 암반에서는 미소변형율에서의 동적지반특성을 산정하였다. 상기의 지반구성방정식과 대표치 산정과정은 실제 시험결과 분석, 지반입력 data 산정에 활용 가능하도록 체계화하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.454-461
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• 2003

본 연구에서는 일반 전기저항식 변형률센서 및 광섬유센서, 변위계를 이용하여 콘크리트 보의 거동특성을 연구하고자 하였다. 이를 위하여 콘크리트 보를 제작하고 여기에 광섬유 및 일반 전기저항식 변형률센서를 표면에 부착 또는 내부에 매설하였고 또한, 보의 하면에는 변위계를 설치한 후 파괴에 이를 때까지 하중을 정적으로 점증시켜가면서 보의 하중단계별 거동을 조사하였다. 실험결과, 이 방식이 보의 거동을 조사하는 데 효과적임을 확인하였으며, 조합형 변형률센서가 보에 균열이 발생한 후의 거동을 파악하는데 매우 효과적임을 알 수 있었다. 아울러 보는 균열발생 전에는 인장부 콘크리트가 외력에 저항할 수 있으나 일단 균열이 발생한 후에는 보의 강성이 저하되어 처짐이 계속 증가되는 비선형거동을 하며, 이 때부터는 인장부 철근이 전적으로 외력을 담당하는 것을 본 연구를 통해 파악할 수 있었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.21-28
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• 2011

지반의 대표적 동적 물성치중 하나인 감쇠비를 구하기 위한 여러 이론적 비선형모델이 개발되어 왔으나 실제 측정된 감쇠비를 정확히 예측하기는 불가능하다. 공진주/비틂전단 시험기는 미소변형율에서 중간변형율까지 흙의 동적 거동을 표현하는데 자주 이용되어 왔다. 공진주/비틂전단 시험기의 단점중의 하나는 측정된 감쇠비에 상응하는 변형율 산정법이 복잡하다는 것이다. 이를 해결하기 위하여 수정쌍곡선 모델과 Ramberg-Osgood모델을 사용하여 수정등가반경법을 도입하여 보다 정확한 변형율을 계산하였다. 유타지역에서 채취된 시료를 이용하여 공진주/비틂전단 시험기로 측정된 비틂력-비틂각을 이론적 비틂력-비틂각과 비교하고, 맞춤곡선법을 사용하여 각 비선형모델의 매개변수를 구하였으며 적합모델별 매개변수에서의 등가반경을 산정하였다.

• Journal of Theoretical and Applied Mechanics
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• 제2권1호
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• pp.31-50
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• 1996

In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권12호
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• pp.53-64
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• 2012

본 논문에서는 주문진 표준사를 대상으로 개량된 반복삼축압축 시험장치를 이용하여 탄성계수와 감쇠비에 대한 변형특성을 분석하였다. 기존의 낮은 정밀도를 갖는 LVDT를 사용한 반복삼축시험기를 개량하여 정밀하고 넓은 영역의 동적변형특성을 얻기 위해서 전단변형률(${\gamma}$) $10^{-4}-10^{-1}%$ 범위의 측정을 제어하는 셀 외부 LDT와 내부의 시료에 LDT를 설치하여 사용하였다. 이러한 미소변형제어를 통하여 5가지의 재하속도 변화와 간극비를 구분하고 4가지의 구속응력 조건을 달리하여 반복삼축시험을 수행하였다. 시험결과를 바탕으로 전단탄성계수와 감쇠비를 여러 조건에 대하여 반복하중 및 변형률 크기의 영향을 비교하고 분석한 결과, 주문진 표준사의 기존(공진주 시험)의 동적변형특성 보다 넓은 구간에서 시험값들을 얻을 수 있었다. 또한, 공진주 시험에서 0.02% 이하의 미소변형률 구간에서 얻은 결과를 토대로 중간변형률 구간을 비선형 모델로 예측한 값들은 반복삼축시험으로 얻은 실험값들과 다른 변형특성을 나타내고 있음을 관찰할 수 있었다.