A new method of multiple damage detection in beam like structures is introduced. The mode shapes of both healthy and damaged structures are used in damage detection process (DDP). Multiple Damage Localization Index Based on Mode Shapes (MDLIBMS) is presented as a criterion in detecting damaged elements. A finite element modeling of structures is used to calculate the mode shapes parameters. The main advantages of the proposed method are its simplicity, flexibility on the number of elements and so the accuracy of the damage(s) position(s), sensitivity to small damage extend, capability in prediction of required number of mode shapes and low sensitivity to noisy data. In fact, because of differential and comparative form of MDLIBMS, using noise polluted data doesn't have major effect on the results. This makes the proposed method a powerful one in damage detection according to measured mode shape data. Because of its flexibility, damage detection process in multi span bridge girders with non-prismatic sections can be done by this method. Numerical simulations used to demonstrate these advantages.
The detection of structural damage without a priori information on the healthy state is challenging. In order to address the issue, the study presents a baseline-free approach to detect damage in beam structures based on an actual influence line. In particular, a multi-segment function-fitting calculation is developed to extract the actual deflection influence line (DIL) of a damaged beam from bridge responses due to a passing vehicle. An intact basis function based on the measurement position is introduced. The damage index is defined as the difference between the actual DIL and a constructed function related to the intact basis, and the damage location is indicated based on the local peak value of the damage index curve. The damage basis function is formulated by using the detected damage location. Based on the intact and damage basis functions, damage severity is quantified by fitting the actual DIL using the least-square calculation. Both numerical and experimental examples are provided to investigate the feasibility of the proposed method. The results indicate that the present baseline-free approach is effective in detecting the damage of beam structures.
In this paper, we develop real-time monitoring system to detect third-party damage on natural gas pipeline by using sound propagation model. Since many third-party incidents cause damage that does not lead to immediate rupture but can grow with time, the developed real-time monitoring system can execute a significant role in reducing many third-party damage incidents. The developed system is composed of three steps as follows: i) DSP based system, ii) wireless communication system, iii) the calculation and monitoring software to detect the position of third-party damage using the propagation speed of acoustic wave. Furthermore, the developed system was set at practical offshore pipeline between two islands in Korea and it has been operating in real time.
This study presents the Big Bang and Big Crunch (BB-BC) optimization algorithm for detection of structure damage in large severity. Local damage is represented by a perturbation in the elemental stiffness parameter of the structural finite element model. A nonlinear objective function is established by minimizing the discrepancies between the measured and calculated acceleration responses (AR) of the structure. The BB-BC algorithm is utilized to solve the objective function, which can localize the damage position and obtain the severity of the damage efficiently. Numerical simulations have been conducted to identify both single and multiple structural damages for beam, plate and European Space Agency Structures. The present approach gives accurate identification results with artificial measurement noise.
A non-destructive time domain approach to examine structural damage using parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques is presented. The time domain analysis for damage detection is independent of modal parameters and analytical models unlike frequency domain methods which generally rely on analytical models. The time history of the vibration response of the structure was used to identify the presence of damage. Damage in a structure causes changes in the physical coefficients of mass density, elastic modulus and damping coefficients. This is a part of our ongoing effort on the general problem of modeling and parameter estimation for internal damping mechanisms in a composite beam. Namely, in detecting damage through time-domain or frequency-domain data from smart sensors, the common damages are changed in modal properties such as natural frequencies, mode shapes, and mode shape curvature. This paper examines the use of beam-like structures with piezoceramic sensors and actuators to perform identification of those physical parameters, and detect the damage. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams damaged at different locations and different dimensions. It is demonstrated that the method can sense the presence of damage and obtain the position of a damage.
An active damage detection technique is introduced to locate damage in an isotropic plate using Lamb waves. This technique uses a time-domain energy model of Lamb waves in plates that the wave amplitude inversely decays with the propagation distance along a ray direction. Accordingly the damage localization is formulated as a least-squares problem to minimize an error function between the model and the measured data. An active sensing system with integrated actuators/sensors is controlled to excite/receive $A_0$ mode of Lamb waves in the plate. Scattered wave signals from the damage can be obtained by subtracting the baseline signal of the undamaged plate from the recorded signal of the damaged plate. In the experimental study, after collecting the scattered wave signals, a discrete wavelet transform (DWT) is employed to extract the first scattered wave pack from the damage, then an iterative method is derived to solve the least-squares problem for locating the damage. Since this method does not rely on time-of-flight but wave energy measurement, it is more robust, reliable, and noise-tolerant. Both numerical and experimental examples are performed to verify the efficiency and accuracy of the method, and the results demonstrate that the estimated damage position stably converges to the targeted damage.
This paper presents the sensorless position control of an auxiliary scaffolding step system for vehicles using DC motors. The designed auxiliary scaffolding step has a mechanical protector at the stop position. At this position, the scaffolding is forcibly stopped by the mechanical protector, and the motor current is dramatically increased to the stall current of the DC motor, thereby increasing the electrical damage. In this study, the estimated back EMF- and current model-based observers are proposed to estimate the motor speed and stop position. A simple V/F acceleration voltage pattern is used to operate the auxiliary scaffolding system. The estimated moving position is adopted to determine the stop position of the DC motor with the load current state. The operating current of the DC motor can be reduced by the estimated moving position and V/F acceleration pattern. At the stop position, the proposed sensorless position controller can smoothly stop the DC motor with the estimated moving position and reduced load current without any mechanical and electrical stress from the stall current from the mechanical protector. The proposed control scheme is verified by the comparison of simulations and experiments.
드론은 다양한 분야에서 활용이 증가하고 있으며, 산림관리에 높은 잠재력을 가지고 있으므로 본 연구에서는 산림훼손지역에 대하여 드론을 적용하고자 하였다. 산림훼손지역은 인위적으로 발생된 훼손지역과 자연적으로 발생된 훼손지역으로 나뉘며, 사면 슬라이딩이나 사면붕괴, 산사태, 토사유출 등의 재해 발생 가능성이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 산림훼손지역에 대하여 훼손 현황 분석을 수행하기 위해 드론 사진측량을 활용하고자 하였다. 드론사진측량의 기하처리 결과, 평면위치오차의 RMSE는 ${\pm}0.034m$로 나타났으며, 표고오차의 RMSE는 ${\pm}0.017m$로 나타났다. 드론사진측량으로 생성된 정사영상의 평면위치오차의 RMSE는 ${\pm}0.083m$, 수치표고모델의 수직위치오차의 RMSE는 ${\pm}0.085m$로 나타났다. 또한, 산림훼손 전 데이터인 항공 레이저측량성과와 드론 사진측량성과의 비교 분석을 통해 산림훼손지역의 훼손 현황 분석 수행이 가능하였으며, 산림훼손지역의 복원 계획을 위한 기초자료 생성에 드론사진측량의 활용이 가능하였다.
The effectiveness of wavelet transform in detecting delamination damages in multilayered composite beams and plates is studied here. The damaged composite beams and plates are modeled in finite element software ABAQUS and the first few mode shapes are obtained. The mode shapes of the damaged structures are then wavelet transformed. It is observed that the distribution of wavelet coefficients can identify the damage location of beams and plates by showing higher values of wavelet coefficients at the position of damage. The effectiveness of the method is studied for different boundary conditions, damage location and size for single as well as multiple delaminations in composite beams and plates. It is observed that both discrete wavelet transform (DWT) and continuous wavelet transform (CWT) can detect the presence and location of the damaged region from the mode shapes of the structures. DWT may be used to approximately evaluate the size of the delamination area, whereas, CWT is efficient to detect smaller delamination areas in composites.
Fluid model based numerical analysis is done to simulate a low damage etch back system for 20 nm scale semiconductor fabrication. Etch back should be done conformally with very high material selectivity. One possible mechanism is three steps: reactive radical generation, adsorption and thermal desorption. In this study, plasma generation and transport steps are analyzed by a commercial plasma modeling software package, CFD-ACE+. Ar + $CF_4$ ICP was used as a model and the effect of reactive gas inlet position was investigated in 2D and 3D. At 200~300 mTorr of gas pressure, separated gas inlet scheme is analyzed to work well and generated higher density of F and $F_2$ radicals in the lower chamber region while suppressing ions reach to the wafer by a double layer conducting barrier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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