Li, Lingfang;Mei, Hanfei;Haider, Mohammad Faisal;Rizos, Dimitris;Xia, Yong;Giurgiutiu, Victor
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.157-174
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2020
The guided wave technique is commonly used in structural health monitoring as the guided waves can propagate far in the structures without much energy loss. The guided waves are conventionally generated by the surface-mounted piezoelectric wafer active sensor (PWAS). However, there is still lack of understanding of the wave propagation in layered structures, especially in structures made of anisotropic materials such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this paper, the Rayleigh-Lamb wave strain tuning curves in a PWAS-mounted unidirectional CFRP plate are analytically derived using the normal mode expansion (NME) method. The excitation frequency spectrum is then multiplied by the tuning curves to calculate the frequency response spectrum. The corresponding time domain responses are obtained through the inverse Fourier transform. The theoretical calculations are validated through finite element analysis and an experimental study. The PWAS responses under the free, debonded and bonded CFRP conditions are investigated and compared. The results demonstrate that the amplitude and travelling time of wave packet can be used to evaluate the CFRP bonding conditions. The method can work on a baseline-free manner.
Advanced signal processing techniques have been long introduced and widely used in structural health monitoring (SHM) and nondestructive evaluation (NDE). In our research, we applied several signal processing approaches for our embedded ultrasonic structural radar (EUSR) system to obtain improved damage detection results. The EUSR algorithm was developed to detect defects within a large area of a thin-plate specimen using a piezoelectric wafer active sensor (PWAS) array. In the EUSR, the discrete wavelet transform (DWT) was first applied for signal de-noising. Secondly, after constructing the EUSR data, the short-time Fourier transform (STFT) and continuous wavelet transform (CWT) were used for the time-frequency analysis. Then the results were compared thereafter. We eventually chose continuous wavelet transform to filter out from the original signal the component with the excitation signal's frequency. Third, cross correlation method and Hilbert transform were applied to A-scan signals to extract the time of flight (TOF) of the wave packets from the crack. Finally, the Hilbert transform was again applied to the EUSR data to extract the envelopes for final inspection result visualization. The EUSR system was implemented in LabVIEW. Several laboratory experiments have been conducted and have verified that, with the advanced signal processing approaches, the EUSR has enhanced damage detection ability.
Chen, Tim;Crosbie, Robert C.;Anandkumarb, Azita;Melville, Charles;Chan, Jcy
Advances in concrete construction
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v.11
no.1
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pp.1-9
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2021
This article discusses the issue of optimizing controller design issues, in which the artificial intelligence (AI) evolutionary bat (EB) optimization algorithm is combined with the fuzzy controller in the practical application of the building. The controller of the system design includes different sub-parts such as system initial condition parameters, EB optimal algorithm, fuzzy controller, stability analysis and sensor actuator. The advantage of the design is that for continuous systems with polytypic uncertainties, the integrated H2/H∞ robust output strategy with modified criterion is derived by asymptotically adjusting design parameters. Numerical verification of the time domain and the frequency domain shows that the novel system design provides precise prediction and control of the structural displacement response, which is necessary for the active control structure in the fuzzy model. Due to genetic algorithm (GA), we use a hierarchical conditions of the Hurwitz matrix test technique and the limits of average performance, Hierarchical Fitness Function Structure (HFFS). The dynamic fuzzy controller proposed in this paper is used to find the optimal control force required for active nonlinear control of building structures. This method has achieved successful results in closed system design from the example.
The negative stiffness of an active or semi-active damper system has been proven to be very effective in reducing dynamic response. Therefore, energy dissipation devices possessing negative stiffness, such as viscous inertial mass dampers (VIMDs), have drawn much attention recently. The control performance of the VIMD for cable vibration mitigation has already been demonstrated by many researchers. In this paper, a new optimal design procedure for VIMD parameters for taut cable vibration control is presented based on the fixed-points method originally developed for tuned mass damper design. A model consisting of a taut cable and a VIMD installed near a cable end is studied. The frequency response function (FRF) of the cable under a sinusoidal load distributed proportionally to the mode shape is derived. Then, the fixed-points method is applied to the FRF curves. The performance of a VIMD with the optimal parameters is subsequently evaluated through simulations. A taut cable model with a tuned VIMD is established for several cases of external excitation. The performance of VIMDs using the proposed optimal parameters is compared with that in the literature. The results show that cable vibration can be significantly reduced using the proposed optimal VIMD with a relatively small amount of damping. Multiple VIMDs are applied effectively to reduce the cable vibration with multi-modal components.
A quantitative prediction method for initial crack length in a carbon/epoxy (CF/EP) composite beam using active piezoelectric transducers was established in this study. Wavelet Transform (WT)-based signal processing and identification technique in time-frequency domain was developed to facilitate the determination of damage presence and severity. Dynamic response of a CF/EP composites beam containing a continuously expanding crack, coupled with a pair of active piezoelectric disks, was examined under a narrow band excitation, and then applied with the proposed signal processing technique.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.61-69
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2013
This research is aimed to evaluate characteristics and dynamic modeling of MR damper for semi-active vibration control. A MR damper of semi-active type was designed and made for the purpose of controlling the vibration of a real-size model structure. Usually a semi-active control system equipped with a MR damper requires a dynamic model which expresses numerical data about the damping capacity and dynamic characteristics generated by a MR damper. To fulfil the requirement, a Power model and a Bingham model were particularly employed among many dynamic models of MR damper. Those models being contrasted with other ones, a dynamic test was carried out on the developed MR damper. In the test, excitation frequencies were conditioned to be 0.15 Hz, 1.0 Hz, and 2.0 Hz, and three different currents were adopted for each frequency. From these test results, it was found that displacement affected control capacity of the MR damper. The test results led to the identification of model variables for each dynamic model, on the basis of which a force-speed relation curve and expected damping force were derived and contrasted to those of the developed MR damper. Therefore, it was proven that the MR damper designed and made in this research was effective as a semi-active controller, and also that displacement of 2mm at minimum was found to be secured for vibration control, through the test using various displacements.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.71-76
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2010
This paper presents the feasibility for improving the ride quality of railway vehicle equipped with semi-active suspension system using magnetorheological(MR) fluid damper. In order to achieve this goal, a fifteen degree of freedom of railway vehicle model, which includes a car body, bogie frame and wheel-set is proposed to represent lateral, yaw and roll motions. The MR damper system is incorporated with the governing equation of motion of the railway vehicle which includes secondary suspension. To illustrate the effectiveness of the controlled MR dampers on railway vehicle secondary suspension system, the sky-hook control law using the velocity feedback is adopted. Computer simulation for performance evaluation is performed using Matlab. Various control performances are demonstrated under external excitation which is the creep force between wheel and rail.
The multiconfiguration second-order perturbation theory (CASPT2) and complete active space self-consistent field (CASSCF) methods were employed to calculate the geometries and energy levels for the low-lying electronic states of 1,3,5-$C_6H_3Cl{_3}^+$ ion. The CASPT2 values for the 1,3,5-$C_6H_3Cl{_3}^+$ ion were in reasonable agreement with the available experimental values. The current calculations augmented previous theoretical investigations on the ground state and assigned the low-lying excited electronic states of the 1,3,5-$C_6H_3Cl{_3}^+$ ion. The Jahn-Teller distortion in the excited electronic state for the 1,3,5-$C_6H_3Cl{_3}^+$ ion were reported for the first time.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.7
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pp.795-800
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2005
The optical properties of $ZnS_{y}Se_{1-x-y}:Te_x\;(x\;<\;0.08,\;y\∼0.11$) alloys grown by molecular beam epitaxy (MBE) have been investigated by photoluminescence (PL) and PL-excitation (PLE) spectroscopy. Good optical properties and high crystal quality were established with lattice match condition to GaAs substrate. At room temperature, emission in the visible spectrum region from blue to green was obtained by varying the Te content of the ZnSSe:Te alloy. The efficient blue and green emission were assigned to $Te_{1}$Tel and $Te_{n}$ (n$\geq$2) cluster bound excitons, respectively. Bright blue (462 nm) and green (535 nm) light emitting diodes (LEDs) have been developed using ZnSSe:Te system as an active layer.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.130-135
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1996
This paper presents a proof-concept investigation on the active vibration control of two hybrid smart structures (HSSs). The first one is consisting of a piezoelectric film (PF) actuator and an electro-rheological fluid(ERF) actuator, and the other is featured by a piezoceramic (PZT) actuator and a shape memory alloy (SMA) actuator. For the PF/ERF hybrid smart structure, both the increment of the damping ratios and the suppression of the tip deflections are evaluated in order to demonstrate control effectiveness of the PF actuator and ERF actuator and the hybrid actuation. For the PZT/SMA hybrid smart structure, the PZT actuator takes account of the high frequency excitation, while the SMA actuator exerts large vibration control force. The experimental results exhibit superior abilities of the hybrid actuation systems to tailor elastodynamic responses of the HSS rather than a single class of actuation system alone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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