This paper presents an improved time series based damage detection approach with experimental verifications for detection, localization, and quantification of damage in shear-type structures under varying mass effects using output-only vibration data. The proposed method can be very effective for automated monitoring of buildings to develop proactive maintenance strategies. In this method, Auto-Regressive Moving Average models with eXogenous inputs (ARMAX) are built to represent the dynamic relationship of different sensor clusters. The damage features are extracted based on the relative difference of the ARMAX model coefficients to identify the existence, location and severity of damage of stiffness and mass separately. The results from a laboratory-scale shear type structure show that different damage scenarios are revealed successfully using the approach. At the end of this paper, the methodology limitations are also discussed, especially when simultaneous occurrence of mass and stiffness damage at multiple locations.
Virtual machine tools have been magnified recently as manufacturers could estimate performances of machine tools before design and manufacturing of them. However, it requires much time and efforts to make FEM models and predict precision of machine tools well because machine tools are composed of many joints such as bolt joints, LM joints, rotational bearing joints and mounts. Especially, we have studied computational modeling methods of bolt joints to predict precision of machine tools well in this paper. Stiffness and damping coefficients of bolt joints are investigated and generalized with respect to fasten forces through experiments and FEM analysis. Matrix 27 element of ANSYS is used and bolt joints are simplified as square areas with 8 nodes to apply stiffness and damping simultaneously. Additionally, coordinate transformation of matrix 27 for bolt joints is induced to apply to skewed bolt joints of machine tools and evaluate it using FEM analysis.
희토류-3d 천이원소인 비정질${[{(Fe_{80}CO_{20})}_{0.98}RE_{0.02}]}_{80}B_{20}(RE=Nd,\;Sm,\;Gd,\;Tb)$ 합금 리본시료에 대한 자기적 성질을 조사하기 위하여 시료진동형 자력계(vibrating sample magnetometor)를 이용하여 77 K부터 900 K까지의 온도 영역에서 포화자화 값을 온도의 함수로 측정 한후, Curie 온도 ($T_{c}$)와 Bloch 상수등을 추정하였다. 이들로 부터 spin wave stiffness 상수, 교환상호작용(exchange interaction)의 범위와 평균자승거리($$)등을 계산하였으며 각 희토류 원소에 대한 치환효과를 비교 분석하였다.
본 논문에서는 초음파 의료 영상 시스템의 B-모드 영상에서 잘 관찰되지 않는 암이나 종양을 진단하기 위하여 인체 연조직의 탄성계수를 측정하여 영상화 하는 방법을 제안하였다. 연조직의 단단함을 측정하기 위하여 조직에 변위를 주기 위한 압력을 인가하고 연조직의 기계적인 변형의 크기를 기저대역으로 복조한 초음파 데이터로부터 상관계수를 계산하여 구하였다. 제안한 방법으로 조직의 탄성을 영상화할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통하여 확인하였다.
We present a semi-rigid connection estimation method by using cross modal strain energy method. While rigid or pinned assumptions are adopted for steel frames in traditional modeling via finite element method, the actual behavior of the connections is usually neither. Semi-rigid joints enable connections to be modeled as partially restrained, which improves the quality of the model. To identify the connection stiffness and update the FE model, a newly-developed cross modal strain energy (CMSE) method is extended to incorporate the connection stiffness estimation. Meanwhile, the relations between the correction coefficients for the CMSE method are derived, which enables less modal information to be used in the estimation procedure. To illustrate the capability of the proposed parameter estimation algorithm, a four-story frame structure is demonstrated in the numerical studies. Several cases, including Semi-rigid joint(s) on single connection and on multi-connections, without and with measurement noise, are investigated. Numerical results indicate that an excellent updating is achievable and the connection stiffness can be estimated by CMSE method.
During a wearer's movement, the apparel fabric layers collide each other in a highly complicated manner. The collision involves cloth-cloth, and cloth-body collision. The diversity of the textile fabrics, including silk, wool, cotton, and other synthetic fibers, together with the complex details of the apparel construction, makes the collision and other calculation procedure involved in the 3-dimensional clothing software system much more complicated. Therefore, there is a need to measure the behavior of the fabrics during the fabric collision cycles. In this study, as a first step, static measurements pertinent to the factors governing the appearance of the apparel fabrics were implemented. The drape profile, stiffness(Sd and Sf), tensile properties, thickness, and the air permeability were measured. The correlation between the parameters were calculated and reviewed. It is found that there is a high correlation of 0.97 between the actual fabric drape parameters and the 3D virtual fabric drape parameters. The measured drape coefficients of the fabrics show relatively good correlation with the measured fabric stiffness.
In this study, a wavelet-based covariance-driven system identification technique is proposed for damage assessment of structures under ambient excitation. Assuming the ambient excitation to be a white-noise process, the covariance computation is shown to be able to separate the effect of random excitation from the response measurement. Wavelet transform (WT) is then used to convert the covariance response in the time domain to the WT magnitude plot in the time-scale plane. The wavelet coefficients along the curves where energy concentrated are extracted and used to estimate the modal properties of the structure. These modal property estimations lead to the calculation of the stiffness matrix when either the spectral density of the random loading or the mass matrix is given. The predicted stiffness matrix hence provides a direct assessment on the possible location and severity of damage which results in stiffness alteration. To demonstrate the proposed wavelet-based damage assessment technique, a numerical example on a 3 degree-of-freedom (DOF) system and an experimental study on a three-story building model, which are all under a broad-band excitation, are presented. Both numerical and experimental results illustrate that the proposed technique can provide an accurate assessment on the damage location. It is however noted that the assessment of damage severity is not as accurate, which might be due to the errors associated with the mode shape estimations as well as the assumption of proportional damping adopted in the formulation.
The analysis of the progressive collapse resistance of structures is a well-known issue among structural engineers. Large-span reticulated dome structures are commonly utilized in large public buildings, necessitating research into their progressive collapse resistance to assure user safety. The most significant part of improving the structural resilience of reticulated domes is to evaluate their key elements. Based on a stiffness-based evaluation approach, this work offers a calculating procedure for element importance coefficient. For both original and damaged structures, evaluations are carried out using the global stiffness matrix and the determinant. The Kiewitt, Schwedler, and Sunflower reticulated domes are investigated to explore the distribution characteristic of element importance coefficients in the single-layer dome structures. Moreover, the influences of the load levels, load distributions, geometric parameters and topological features are also discussed. The results can be regarded as the initial concept design reference for single-layer reticulated domes.
To increase the stiffness and strength of a reinforced concrete shear wall, steel plates are bolted to the sides of the wall. The general behavior of a composite concrete-steel shear wall is dependent on the buckling of the steel plates that should be prevented. In this paper, the unilateral buckling of steel plates of a composite shear wall is studied using the Rayleigh-Ritz method. To model the unilateral buckling of steel plate, the restraining concrete wall is described as an elastic foundation with high stiffness in compression and zero stiffness in tension. To consider the effect of bolt connections on the plate's buckling, a constrained optimization problem is solved by using Lagrange multipliers method. This process is used to obtain the critical elastic local buckling coefficients of unilaterally-restrained steel plates with various numbers of bolts, subjected to pure compression, bending and shear loading, and the interaction between them. Using these results, the spacing between shear bolts in composite steel plate shear walls is estimated and compared with the results of the AISC seismic provisions (2016). The results show that the AISC seismic provisions(2016) are overly conservative in obtaining the spacing between shear bolts.
Harmonic drives have attracted increasing attention with the development of materials, parts, and related equipment. Harmonic drives exhibit high deceleration, high accuracy, and light weight. The stiffness of flexible splines according to the radial load is studied using a commercial FEM program to design the structure of the flexible spline and finite element to improve the weight and price competitiveness of harmonic drives. In addition, several studies have measured and compared friction coefficients based on 3D printed tread patterns. However, owing to the characteristics of plastic materials, a decrease in stiffness in the radial direction is inevitable. To prevent a decrease in stiffness in the radial direction, we designed and manufactured flex splines with a wrinkle shape. Through structural analysis, the reaction force and stiffness in the radial direction were determined. In addition, the maximum angle of the mound was derived by theoretical calculations, and the performance of the harmonic drive was compared with the results obtained in the mound experiment. Structural analysis shows that the shape of wrinkles decreased the stress and reaction force and increased the safety factor in comparison with that of the circular shape. During performance verification through continuous experiments, the developed harmonic drive showed continuous performance similar to that of an actual tank model. It is expected that the flex spline with a compliant spring and wrinkle shape will prevent a decrease in the radial stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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