Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.53-58
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2003
Carbon fiber sheet has been used to rehabilitate many types of reinforced concrete members with its superior characteristics such as their lightweight, high strength, corrosion resistance, and easy execution. But the failure behavior of reinforced concrete members show a high variation by the bond characteristics between carbon fiber sheet and concrete surface. In this study, a bond stress-slip model, which accounts for changes in bonding behavior between concrete and carbon fiber sheet with some link elements, is proposed. The link elements are used to represent the concrete-carbon fiber sheet interface. To investigate the efficiency of this method, the analytical solutions for the behavior of reinforced concrete beam strengthened with carbon fiber sheet are compared with experimental ones. Results from the proposed model comparatively well agree with the experimental results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.121-130
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1987
A new analytical method to determine the theoretical dispersion curves of Rayleigh wave in multilayered elastic media is developed. The method developed in this study gives the solutions for unlimited frequency, and is essential part of surface wave techniques to evaluate the layer profiles and dynamic properties of soils and pavement systems. Delta-Matrix technique is utilized to overcome the overflow and loss of precision problem inherent in the original Thomson-Haskell formulation at high frequencies. Conventional inversion methods based on the original Thomson-Haskell formulation lead to erroneous results due to the limitations on the layer profiles and the magnitude of frequency. The method developed in this study establishes the base of the research on more accurate and efficient inversion method, especially for the pavement systems as well as the natural soils.
The classical Kalman filter (KF) provides a practical and efficient state estimation approach for structural identification and vibration control. However, the classical KF approach is applicable only when external inputs are assumed known. Over the years, some approaches based on Kalman filter with unknown inputs (KF-UI) have been presented. However, these approaches based solely on acceleration measurements are inherently unstable which leads poor tracking and so-called drifts in the estimated unknown inputs and structural displacement in the presence of measurement noises. Either on-line regularization schemes or post signal processing is required to treat the drifts in the identification results, which prohibits the real-time identification of joint structural state and unknown inputs. In this paper, it is aimed to extend the classical KF approach to circumvent the above limitation for real time joint estimation of structural states and the unknown inputs. Based on the scheme of the classical KF, analytical recursive solutions of an improved Kalman filter with unknown excitations (KF-UI) are derived and presented. Moreover, data fusion of partially measured displacement and acceleration responses is used to prevent in real time the so-called drifts in the estimated structural state vector and unknown external inputs. The effectiveness and performance of the proposed approach are demonstrated by some numerical examples.
In this paper, the optimal design of vibration control system for smart structures has been investigated semi-analytically via the optimization of geometric parameters like the placements and sizes of piezoelectric sensors and actuators (S/As) bonded on the structures. The criterion based on the maximization of energy dissipation was adopted for the optimization of the control system. Based on the sensing and actuating equations, the total energy stored in the system which is used as the objective function was analytically derived with design variables explicitly presented. Two cases of single and combined vibration modes were addressed for a simply supported beam and a simply supported cylindrical shell. For single vibration mode, the optimal distributions of the piezoelectric S/As could be obtained analytically. However, the Sequential Quadratic Programming (SQP) method has to be employed to solve those which violated the prescribed constraints and to solve the case of combined vibration modes. The results of three examples, which include a simply supported beam, a simply supported cylindrical shell and a simply supported plate, showed good agreement with those obtained by the Genetic Algorithm (GA) method. Moreover, in comparison with the GA method, the proposed method is more effective in obtaining better optimization results and is much more efficient in terms of computation time.
The application of the mechanized tunnelling has been extended in recent years. There are at present different approaches that are used in the design of segmental tunnel linings supported in mechanized tunnels. Even though segmental lining is utilized for mechanized tunnels, its behaviour is still quite unclear under in situ stress and there is a lack of data regarding the distribution of stresses inside segmental linings. So far no single effective calculation method exists for segmental lining design. The lack of clear solutions makes the use of segmental lining to be more expensive due to the adoption of greater safety factors. Therefore, a particular attention must be given in order to obtain data from monitored tunnels which permits to validate design methods. In this study, strain measurements, which were conducted during the construction of twin tunnels in the Bologna-Florence railway line, have been presented. The behaviour of segmental lining during the excavation and the influence of a new tunnel excavation on an existing tunnel have been shown through the measured data. The data are then compared with the results obtained with Einstein and Schwartz's method and Duddeck and Erdmann's method, which permits to highlight the fact that the two analytical methods underestimate structural forces induced in the segmental lining and then must be used with caution.
A new piezoceramic $d_{15}$ shear-induced torsion actuation mechanism representative benchmark is proposed and its experimentations and corresponding 3D finite element (FE) simulations are conducted. For this purpose, a long and thin smart sandwich cantilever beam is dimensioned and built so that it can be used later for either validating analytical Saint Venant-type solutions or for analyzing arm or blade-based smart structures and systems applications. The sandwich beam core is formed by two adjacent rows of 8 oppositely axially polarized d15 shear piezoceramic patches, and its faces are dimensionally identical and made of the same glass fiber reinforced polymer composite material. Quasi-static and static experimentations were made using a point laser sensor and a scanning laser vibrometer, while the 3D FE simulations were conducted using the commercial software $ABAQUS^{(R)}$. The measured transverse deflection by both sensors showed strong nonlinear and hysteretic (static only) variation with the actuation voltage, which cannot be caught by the linear 3D FE simulations.
Research on Lamb wave-based damage identification in plate-like structures depends on precise knowledge of dispersive wave velocity. However, boundary reflections with the same frequency of interest and greater amplitude contaminate direct waves and thus compromise measurement of Lamb wave dispersion in different materials. In this study, non-reflecting boundaries were proposed in both numerical and experimental cases to facilitate time-frequency characterization of Lamb wave dispersion. First, the Lamb wave equations in isotropic and laminated materials were analytically solved. Second, the non-reflecting boundaries were used as a series of frames with gradually increased damping coefficients in finite element models to absorb waves at boundaries while avoiding wave reflections due to abrupt property changes of each frame. Third, damping clay was sealed at plate edges to reduce the boundary reflection in experimental test. Finally, the direct waves were subjected to the slant-stack and short-time Fourier transformations to calculate the dispersion curves of phase and group velocities, respectively. Both the numerical and experimental results suggest that the boundary reflections are effectively alleviated, and the dispersion curves generated by the time-frequency analysis are consistent with the analytical solutions, demonstrating that the combination of non-reflecting boundary and time-frequency analysis is a feasible and reliable scheme for characterizing Lamb wave dispersion in plate-like structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.8
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pp.2480-2490
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1996
This paper presents a new type of hydraulic servo chllinder which is characterized by its simple construction and an ubtegrated feedback mechanism. Piston position of the cylinder is controlled by eletrical input and mechamical feedback deduced from its own structure. Hydraulic pressure in each cylinder room is controlled by a poppet valve. The poppet is activated by a solenoid and is linked to the piston. Solenoid input current pulls up the poppet, which results in pressure drop and thus piston motion. The piston motion generates pull down force on the poppet by the linkage and the motion stops at equilibrium. In that way the piston position is controlled by an expernal input current. Characteristics of the servo cylinder is verified by stability analysis, tranient vehavior and steady state positing for step input. Design parameter analyses have been executed by derivation of analytical approximate solutions and by computer simulations. A prototype hydraulic servo cylinder is developed and tested. The experimental results show successful function of the servo cylinder and consistency with the theoritical results.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.2
no.1
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pp.1-10
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1990
In the present study, the entrance length, velocity profiles and waveforms of developing transitional steady flows in a square duct are investigated analytically and experimentally. The systems of conservation equations for transitional steady duct flows are solved analytically by linearizing non-linear convective terms and adoption of modified eddy viscosity from empirical correlations. Analytical solutions of velocity profiles for developing transitional steady flow were obtained in the form of infinite series. The experimental study for transitional steady flow in a square duct with $40mm{\times}40mm{\times}4000mm$($width{\times}height{\times}length$) was carried out to measure velocity profiles and other parameters by using a hot-wire anemometer with data acquisition and processing system. The entrance length of developing transitional steady flows in a square duct was $L_e{\fallingdotseq}0.02{\cdot}Re,st{\cdot}D_h$, and the overshoot was occured at about 30 times of hydraulic diameter because of the effect of external velocity of boundary layer and instantaneous acceleration.
The scattering of a normally incident monochromatic light by optically active concentric double cylinders is studied by using a numerical method. A numerical code is developed on the basis of the analytical solutions, and the angular distributions of the intensity and the polarization of the scattered light are computed for some specific cases. The numerical code can be used to non-invasively determine the size, structure, and composition of a double cylinder with high accuracy by measuring the angular distribution of the scattered light by an experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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