Park, Seunghee;Yun, Chung-Bang;Roh, Yongrae;Lee, Jong-Jae
Smart Structures and Systems
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v.1
no.4
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pp.339-353
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2005
This paper presents the results of a feasibility study on an impedance-based damage detection technique using thickness modes of piezoelectric (PZT) patches for steel structures. It is newly proposed to analyze the changes of the impedances of the thickness modes (frequency range > 1 MHz) at the PZT based on its resonant frequency shifts rather than those of the lateral modes (frequency range > 20 kHz) at the PZT based on its root mean square (RMS) deviations, since the former gives more significant variations in the resonant frequency shifts of the signals for identifying localities of small damages under the same measurement condition. In this paper, firstly, a numerical analysis was performed to understand the basics of the NDE technique using the impedance using an idealized 1-D electro-mechanical model consisting of a steel plate and a PZT patch. Then, experimental studies were carried out on two kinds of structural members of steel. Comparisons have been made between the results of crack detections using the thickness and lateral modes of the PZT patches.
This paper utilizes LS-DYNA software to numerically investigate impact response and damage evaluation of fiber-reinforced polymer (FRP) bars-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams (FRP-UHPC beams). Three-dimensional finite element (FE) models are established and calibrated by using literature-based static and impact tests, demonstrating high accuracy in simulating FRP-UHPC beams under impact loading. Parametric analyses explore the effects of impact mass, impactor height, FRP bar type and diameter, and clear span length on dynamic response and damage modes. Two failure modes emerge: tensile failure with bottom longitudinal reinforcement fracture and compression failure with local concrete compression near the impact region. Impact mass or height variation under the same impact energy significantly affects the first peak impact force, but minimally influences peak midspan displacement with a difference of no more than 5% and damage patterns. Increasing static flexural load-carrying capacity enhances FRP-UHPC beam impact resistance, reducing displacement deformation by up to 30%. Despite similar static load-carrying capacities, different FRP bars result in varied impact resistance. The paper proposes a damage assessment index based on impact energy, static load-carrying capacity, and clear span length, correlating well with beam end rotation. Their linearly-fitting coefficient was 1.285, 1.512, and 1.709 for the cases with CFRP, GFRP, and BFRP bars, respectively. This index establishes a foundation for an impact-resistant design method, including a simplified formula for peak midspan displacement assessment.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1925-1932
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2000
Damage detection methods using vibration modes are investigated on ring structures and. modal behavior of the slightly asymmetric rings is examined. Mode shapes changes, MSER(modal strain energy ratio) and MCR(modal curvature ratio) are applied to identify the locations of faults or damages. Parameters are calculated and compared by finite element analysis on rings with designed local damages. Damages are modeled as reduced stiffness in the analysis. The results show MSER and MCR can be proper factors to detect local damages in ring structures.
Yong Niu;Jinguo Wang;Yunjin Hu;Gang Wang;Bolong Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.1
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pp.1-15
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2023
This study conducts uniaxial compression tests on intact and single crack-contained rocks to investigate the time-frequency domain characteristics of acoustic emission (AE) signals monitored during the deformation failure process. A processing approach, short-time Fourier transform (STFT), is performed to obtain the evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals. The AE signal modes at different deformation stages of rocks are different. Five modes of AE signal are observed during the cracking process of rocks. The evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals processed by STFT can be utilized to evaluate the damage process of rocks. The difference of time-frequency domain characteristics between intact and cracked rocks is comparatively analyzed. The distribution characteristics of frequency changing from a single band-shaped cluster to multiple band-shaped clusters can be regarded as an early warning information of damage and failure of rocks. Meanwhile, the attenuation of frequency enables the exploration of rock failure trends.
This paper presents a mechanistic approach to uniaxial viscoelastic constitutive modeling of asphalt concrete that accounts for damage evolution under cyclic loading conditions. An elasticviscoelastic correspondence principle in terms of pseudo variables is applied to separately evaluate viscoelasticity and time-dependent damage growth in asphalt concrete. The time-dependent damage growth in asphalt concrete is modeled by using a damage parameter based on a generalization of microcrack growth law. Internal state variables that describe the hysteretic behavior of asphalt concrete are determined. A constitutive equation in terms of stress and pseudo strain is first established for controlled-strain mode and then transformed to a controlled-stress constitutive equation by simply replacing physical stress and pseudo strain with pseudo stress and physical strain. Tensile uniaxial fatigue tests are performed under the controlled-strain mode to determine model parameters. The constitutive equations in terms of pseudo strain and pseudo stress satisfactorily predict the constitutive behavior of asphalt concrete all the way up to failure under controlled-strain and -stress modes, respectively.
The aim of this study is to check the application criteria of the conventional techniques and clarify the effects of breaker depth, seabed conditions on the stability in relation to the effects of uncertainty of storm duration and directional irregular waves. The typical damage modes were divided by the direct wave force on the armor unit and by the local scouring around the toe of a breakwater head by the model experiments. The destruction modes are defined, and some criteria on the damage modes and scouring/deposition at the toe of a breakwater head in relating the wave-bottom-structural conditions can be checked using the multi-directonal irregular wave generator system. According to the results, it is emphasized that the 3-D effects on the stability should be analyzed in the design of multi-purpose/function coastal structures in consideration of the evaluation of spatial variation of damage modes and hydraulic characteristics as well as the wave distribution along the structures.
It is very important to well understand the dynamic characteristics of damaged structures to successfully develop or to choose a most appropriate structural damage identification method (SDIM) as the means of non-destructive testing. In this pope., the dynamic equation of motion for damaged plates is derived by introducing a damage distribution function, which may characterize the effective state of structural damages. It is found that structural damages may induce the coupling between modal coordinates. The effects of damages on the vibration characteristics of a plate depending on their locations, sizes, and magnitudes are numerically investigated in a systematic way. The numerical investigations are also given to the effects of damage-induced modal coupling on the changes in vibration characteristics and to the minimum number of natural modes required to predict sufficiently accurate vibration characteristics of damaged plates.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.357-362
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2000
Though there have been many researches to investigate the relationship between the damage location, damage size and the changes in eigenparameters, there have been few studies on the small-sized damages. Thus, this paper considers the plate with small local damages. The equation of motion for damaged plate is derived in terms of the damage distribution function and then the effects of small damages on the dynamic characteristics of plate are investigated. It is observed that the damage-induced modal coupling and a sufficient number of vibration modes should be considered especially for small damage detections.
Damage assessment for buried structures against an internal blast is conducted by considering the soil-structure interaction. The structural element under analysis is assumed to be rigid-plastic and simply-supported at both ends. Shear failure, bending failure and combined failure modes are included based on five possible transverse velocity profiles. The maximum deflections with respect to shear and bending failure are derived respectively by employing proper failure criteria of the structural element. Pressure-Impulse diagrams to assess damage of the buried structures are subsequently developed. Comparisons have been done to evaluate the influences of the soil-structure interaction and the shear-to-bending strength ratio of the structural element. A case study for a buried reinforced concrete structure has been conducted to show the applicability of the proposed damage assessment method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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