Shahverdi, Sajad;Lotfollahi-Yaghin, Mohammad Ali;Asgarian, Behrouz
Smart Structures and Systems
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제11권6호
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pp.589-604
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2013
Identification of damage has become an evolving area of research over the last few decades with increasing the need of online health monitoring of the large structures. The visual damage detection can be impractical, expensive and ineffective in case of large structures, e.g., offshore platforms, offshore pipelines, multi-storied buildings and bridges. Damage in a system causes a change in the dynamic properties of the system. The structural damage is typically a local phenomenon, which tends to be captured by higher frequency signals. Most of vibration-based damage detection methods require modal properties that are obtained from measured signals through the system identification techniques. However, the modal properties such as natural frequencies and mode shapes are not such good sensitive indication of structural damage. Identification of damaged jacket type offshore platform members, based on wavelet packet transform is presented in this paper. The jacket platform is excited by simple wave load. Response of actual jacket needs to be measured. Dynamic signals are measured by finite element analysis result. It is assumed that this is actual response of the platform measured in the field. The dynamic signals first decomposed into wavelet packet components. Then eliminating some of the component signals (eliminate approximation component of wavelet packet decomposition), component energies of remained signal (detail components) are calculated and used for damage assessment. This method is called Detail Signal Energy Rate Index (DSERI). The results show that reduced wavelet packet component energies are good candidate indices which are sensitive to structural damage. These component energies can be used for damage assessment including identifying damage occurrence and are applicable for finding damages' location.
With the advent of sound field simulator, many sound fields have been reproduced by obtaining the impulse responses of specific acoustic spaces like famous concert hall, opera house. This sound field reproduction has been done by the linear convolution operation between the sound input signal and the impulse response of certain acoustic space. However, the conventional finite impulse response based linear convolution operation always makes real-time implementation of sound field generator impossible due to the large amount of computational burden. This paper introduces the fast convolution method using perceptual redundancy in the processed signals, input audio signal and room impulse response. Temporal and spectral psycho-acoustic filters considering masking effects are implemented in the proposed convolution structure. It reduces the computational burden of convolution methods for realtime implementation of a sound field generator. The conventional convolutions are compared with the proposed one in views of computational burden and sound quality. In the proposed method, a considerable reduction in the computational burden was realized with acceptable changes in sound quality.
The shock separation test simulates the environmental effects of the spacecraft separation from launch vehicle. The shock separation test for a structural model of KOMPSAT-Ⅱ(Korea Multi-Purpose SATellite Ⅱ) was performed in SITC(Satellite Integration & Test Center) launch environmental test hall at KARI(Korea Aerospace Research Institute) to verify the shock test requirement of the spacecraft, to predict the induced acceleration responses on the primary structures and payloads by the explosion of pyre-lock and to perform mechanical fit check. The spacecraft with S/A was mated vertically to LV(Launch Vehicle) adapter simulator via a clamp band, then hoisted and suspended above a foam test bed by four isolation springs secured to the spacecraft hoist fittings to isolate the payload platform shock wave from the sling elements. For separation process, real pyre-devices were used and the time response signals from 60 accelerometers installed on the interested points was acquired and recorded. The SRS responses for each response channels were calculated and the achieved SRS's on the separation plane was reviewed and evaluated in comparison to the ICD(Interface Control Document) value.
With the advent of sound field simulator, many sound fields have been reproduced by obtaining the impulse responses of specific acoustic spaces like famous concert hall, opera house. This sound field reproduction has been done by the linear convolution operation between the sound input signal and the impulse response of certain acoustic space. However, the conventional finite impulse response based linear convolution operation always makes real-time implementation of sound field generator impossible due to the large amount of computational burden. This paper introduces the fast convolution method using perceptual redundancy in the processed signals, input audio signal and room impulse response. Temporal and spectral real-time masking blocks are implemented in the proposed convolution structure. It reduces the computational burden of convolution methods for real-time implementation of a sound field generator. The conventional convolutions are compared with the proposed one in views of computational burden and sound quality. In the proposed method, a considerable reduction in the computational burden was realized with acceptable changes in sound quality.
The parameter modification of the initial FEM model to match it with the experimental results needs the modal information and the modal sensitivity matrix to the parameter change. There are two cases this methodology is ill-equip to deal with; the deficiency of the necessary modal information and the ill-conditioning of the sensitivity matrix. In this research, a novel concept of the feedback exciter that uses the summation of the white noise and the signals from the measurement sensors multiplied with feedback gains as the reference signal is proposed. There are 2 advantages using this external feedback excitation. First, we can use the change of the system response such as modal data by the active energy Path from the sensor to the exciter. This change of the system response can be additional clues to the system dynamics that we want to know. Secondly, the external energy Path alternates the offset of the Parameter change to the system response. That means the modal sensitivity of the parameters becomes different from the original sensitivities by the feedback excitation. Through the feedback loop, we can change the similar modal sensitivities of some updating parameters and consequently discriminate the parameters using the closed-loop modal data. To demonstrate the discrimination performance, the parameter estimation of an indeterminate structure by use of the feedback method is introduced.
New motor development requires high-speed load testing using dynamo equipment to calculate the efficiency of the motor. Abnormal noise and vibration may occur in the test equipment rotating at high speed due to misalignment of the connecting shaft or looseness of the fixation, which may lead to safety accidents. In this study, three single-axis vibration sensors for X, Y, and Z axes were attached on the surface of the test motor to measure the vibration value of vibration. Analog data collected from these sensors was used in classification models for anomaly detection. Since the classification accuracy was around only 93%, commonly used hyperparameter optimization techniques such as Grid search, Random search, and Bayesian Optimization were applied to increase accuracy. In addition, Response Surface Method based on Design of Experiment was also used for hyperparameter optimization. However, it was found that there were limits to improving accuracy with these methods. The reason is that the sampling data from an analog signal does not reflect the patterns hidden in the signal. Therefore, in order to find pattern information of the sampling data, we obtained descriptive statistics such as mean, variance, skewness, kurtosis, and percentiles of the analog data, and applied them to the classification models. Classification models using descriptive statistics showed excellent performance improvement. The developed model can be used as a monitoring system that detects abnormal conditions of the motor test.
An exact spectrum wish no leakage error could be obtained when the period of the signal coincides perfectly with the record length. However, the record length will be determined regardless of the period of signal. The Leakage error due to this problem will gibe a distorted spectrum. In the conventional research, the method was proposed to estimate the three parameters, frequency, amplitude and phase angle, from the spectrum data for anundamped sinusoidal signal. In this paper, some techniques are proposed to estimate frequency, amplitude and damping ratios from the frequency response functions for damped signals. The validation of the proposed techniques is verified by several numerical examples.
In this study, the performance of a digital pile rebounding and penetration monitoring system (DPRMS) is evaluated and the measurement precision of the DPRMS is improved. The DPRMS is a high speed line-scanning camera system to measure the rebound and penetration of a pile in a construction work. A main problem in the DPRMS is a measurement error, which is caused by a shock or vibration due to a hammer impact. The measurement error is investigated by analyzing vibration signals of the DPRMS during the impact. Moreover, the frequency response functions of the DPRMS are also analyzed. As a result, it is found that the tripod height has an influence on the DPRMS performance and a shorter tripod is better. One more founding in this study is that the DPRMS should be placed with a appropriate distance from a pile for improving the measurement precision.
This paper is focused on the analysis of the noise and vibration measured near the wheelset of the high-speed trains using a time-varying frequency transform as a preliminary research of running monitoring. Due to the non-stationary characteristics, it is necessary to examine noise and vibration of the train with time-varying frequency transforms. In this paper, the short-time Fourier transform method is utilized - the stored data is localized by modulating with a window function, and Fourier transform is taken to each localized data. For the examination, the non-stationary noise and vibration of the high-speed train's wheelset are measured by using some microphones and accelerometers, and those signals are stored in a on-board data acquisition system. The non-stationary random signal analyses with the short-time Fourier transform are performed, and the result are classified as follows; auto-spectral density, cross-spectral density, frequency response, and coherence functions. From those functions, it is possible to observe the frequency characteristics of sleepers, switchers, tunnels, and steel bridges. Also, some distinct peaks, which are not dependent upon the train's speed, are identified from the results.
This paper analyzes the effectiveness of minimizing vibration and sound transmission on/through a thin rectangular plate by both feedback control and hybrid control which combines adaptive feedforward control with a feedback loop. An experimental system identification technique using the matrix-fractional curve-fitting of the frequency response data is introduced for complex shaped structures. This identification technique reduces the model order o the MIMO(Multi-Input Multi-Output) system which simplifies the practical implementation. The adaptive feedforward control uses a Multiple filtered-x LMS(Least Mean Square) algorithm and the feedback control uses a multivariable digital LQG(Linear Quadratic Gaussian) algorithm. Experimental results show that an effective reduction of sound transmission is achieved by the hybrid control scheme when both vibration and noise measurement signals are incorporated in the controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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