• 제목/요약/키워드: Damage Propagation

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3D finite element simulation of human proximal femoral fracture under quasi-static load

  • Hambli, Ridha
    • Advances in biomechanics and applications
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    • 제1권1호
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    • pp.1-14
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    • 2014
  • In this paper, a simple and accurate finite element model coupled to quasi-brittle damage law able to describe the multiple cracks initiation and their progressive propagation is developed in order to predict the complete force-displacement curve and the fracture pattern of human proximal femur under quasi-static load. The motivation of this work was to propose a simple and practical FE model with a good compromise between complexity and accuracy of the simulation considering a limited number of model parameters that can predict proximal femur fracture more accurately and physically than the fracture criteria based models. Different damage laws for cortical and trabecular bone are proposed based on experimental results to describe the inelastic damage accumulation under the excessive load. When the damage parameter reaches its critical value inside an element of the mesh, its stiffness matrix is set to zero leading to the redistribution of the stress state in the vicinity of the fractured zone (crack initiation). Once a crack is initiated, the propagation direction is simulated by the propagation of the broken elements of the mesh. To illustrate the potential of the proposed approach, the left femur of a male (age 61) previously investigated by Keyak and Falkinstein, 2003 (Model B: male, age 61) was simulated till complete fracture under one-legged stance quasi-static load. The proposed finite element model leads to more realistic and precise results concerning the shape of the force-displacement curve (yielding and fracturing) and the profile of the fractured edge.

단계별 손상에 따른 화강암의 손상 발달특성 연구 (A study on damage propagation characteristics of granite in different damage levels)

  • 박혁;정교철
    • 지질공학
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    • 제12권3호
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    • pp.273-284
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    • 2002
  • 화강암의 응력하에서의 손상발달특성을 연구하기 위해 국내의 조립, 중립, 세립 화강암 시료를 채취하였으며, 일축압축에 의한 손상 전과 후에 탄성파속도시험, 투수성시험이 시료의 물리적 특성을 파악하기 위해 수행되었고, 시료의 단면에 발생된 크랙의 육안관찰을 용이하게 하기 위하여 셀롤로즈 아세테이트 필름 복제법이 사용되었다. 그리고 아세테이트필 상의 크랙을 좀더 명확하게 촬영하기 위해, 암시야조명을 이용한 근접촬영법이 적용되었다. 개인용 컴퓨터와 그래픽 프로그램을 이용하여 크랙을 확대 후 스케치하여 측정함으로써 시료단면에 발생한 크랙을 입도 별로 비교 분석하였다. 손상이 발생한 후, 조립·중립화강암이 세립화강암에 비해 상대적으로 더 낮은 탄성파속도, 더 높은 투수성을 가졌으며, 더 많은 크랙 발생을 보였다.

마코프 프로세스에 기반한 확률적 피해 파급 모델 (A Probabilistic Model of Damage Propagation based on the Markov Process)

  • 김영갑;백영교;인호;백두권
    • 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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    • 제33권8호
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    • pp.524-535
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    • 2006
  • 급속한 인터넷 기술의 발전으로 기업이나 기관에서의 업무 처리는 인터넷 기반 기술에 의존하고 있다. 또한 주요 정보통신 시설의 네트워크 의존도와 결합도가 증가함에 따라 시스템내의 취약성을 대상으로 하는 침해 행위와 같은 사이버 보안 사고의 수가 크게 증가하고 있다. 이에 따라 개인정보는 물론 컴퓨터 자원들의 침해와 관련된 피해 파급 (damage propagation)에 관한 연구가 요구된다. 그러나 기존의 제안된 모델들은 위험 관리 측면의 방법론적인 접근이거나, 바이러스 (virus) 나 웹 (worm) 같은 특정 위협 (threats) 에 대해서만 적용할 수 있는 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 논문에서는 과거의 위협 발생 데이타를 근거로 하여 전체 시스템이 가지고 있는 다양한 위협들에 대해 적용 가능한 마코프 프로세스 (markov process) 에 기반한 피해 파급 모델을 제시한다. 이를 통하여 각 위협별 발생 확률 및 발생 빈도를 예측할 수 있다.

Composite components damage tracking and dynamic structural behaviour with AI algorithm

  • Chen, Z.Y.;Peng, Sheng-Hsiang;Meng, Yahui;Wang, Ruei-Yuan;Fu, Qiuli;Chen, Timothy
    • Steel and Composite Structures
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    • 제42권2호
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    • pp.151-159
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    • 2022
  • This study discusses a hypothetical method for tracking the propagation damage of Carbon Reinforced Fiber Plastic (CRFP) components underneath vibration fatigue. The High Cycle Fatigue (HCF) behavior of composite materials was generally not as severe as this of admixture alloys. Each fissure initiation in metal alloys may quickly lead to the opposite. The HCF behavior of composite materials is usually an extended state of continuous degradation between resin and fibers. The increase is that any layer-to-layer contact conditions during delamination opening will cause a dynamic complex response, which may be non-linear and dependent on temperature. Usually resulted from major deformations, it could be properly surveyed by a non-contact investigation system. Here, this article discusses the scanning laser application of that vibrometer to track the propagation damage of CRFP components underneath fatigue vibration loading. Thus, the study purpose is to demonstrate that the investigation method can implement systematically a series of hypothetical means and dynamic characteristics. The application of the relaxation method based on numerical simulation in the Artificial Intelligence (AI) Evolved Bat (EB) strategy to reduce the dynamic response is proved by numerical simulation. Thermal imaging cameras are also measurement parts of the chain and provide information in qualitative about the temperature location of the evolution and hot spots of damage.

초음파전파영상화 시스템을 이용한 필라멘트 와인딩 복합재 수소 연료 탱크의 손상 가시화 (Damage Visualization of Filament Wound Composite Hydrogen Fuel Tank Using Ultrasonic Propagation Imager)

  • 이정률;정효미;트루옹 탄 충;신혜진;박재윤
    • Composites Research
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    • 제28권4호
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    • pp.143-147
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    • 2015
  • 알루미늄 혹은 플라스틱 라이너에 탄소섬유를 감아서 성형하는 복합재 압력용기가 수소 자동차의 수소연료 탱크로 사용이 확대됨에 따라 사용 시 안전에 대한 규정 제정이 필요하며 그 규정을 뒷바침 할 수 있는 검사장비와 기술 역시 개발되어야 한다. 자동차에 장착하기 전에 제작결함 평가를 통해 수소 자동차에 장착되어야 하고, 취급 중 발생하는 이벤트에 대해서도 고속 자동화 검사를 통해 자동차 정비소의 정비인력, 즉 비파괴평가 전문가가 별도의 교육을 받지 않았어도 즉시 충격과 같은 손상을 평가할 수 있어야 한다. 위 요소는 수소자동차의 대중화를 위해 매우 중요한 기술적 허들이다. 본 연구에서는 수소연료탱크의 충격손상을 검사하는 방법으로 레이저 초음파 기술을 제안하며 충격손상을 탈 부착형 센서헤드를 가진 초음파전파영상화 시스템으로 가시화할 수 있음을 증명한다. 또한 제안한 초음파전파영상화 시스템의 성능은 수소자동차가 대중화되더라도 현장기술로 채택될 수 있음을 뒷받침한다.

Damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials

  • Hung, C.C.;Nguyen, T.
    • Advances in aircraft and spacecraft science
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    • 제9권2호
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    • pp.149-167
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    • 2022
  • A Modified fuzzy mechanical control of large-scale multiple time delayed dynamic systems in states is considered in this paper. To do this, at the first level, a two-step strategy is proposed to divide a large system into several interconnected subsystems. And we focus on the damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials. As a modified fuzzy control command, the next was received as feedback theory based on the energetic function and the LMI optimal stability criteria which allow researchers to solve this problem and have the whole system in asymptotically stability. And we focus on the results which shows the high effective by the proposed theory utilized for damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials.

Active damage localization technique based on energy propagation of Lamb waves

  • Wang, Lei;Yuan, F.G.
    • Smart Structures and Systems
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    • 제3권2호
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    • pp.201-217
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    • 2007
  • 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.

SH(shear horizontal) 초음파를 이용한 압력용기용 재료의 피로손상 예측 (The Prediction of Fatigue Damage for Pressure Vessel Materials using Shear Horizontal Ultrasonic Wave)

  • 강용호;정용근;송정일
    • 한국정밀공학회지
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    • 제26권6호
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    • pp.90-96
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    • 2009
  • Ultrasonic method using SH(shear horizontal) wave has been developed to determine the surface damage in fatigued material. Fatigue damages based on propagation energy were analyzed by multi-regression analysis in interrupted fatigue test specimen including CrMoV and 12Cr alloy steel. From the test results, as the fatigue damage increased the propagation time of the launched waves increased and amplitude of wavelet decreased. Also, analysis for the waveform modulation showed a reliable estimation, with confidence limit of 97% for 12Cr steel and 95% for CrMoV steel, respectively. Therefore, It is thought that SH ultrasonic wave technique can be applied to determine fatigue damage of in-service component nondestructively.

굽힘파 전파 특성을 이용한 레일체결장치의 구조 결함 진단 (Identification of Structural Defects in Rail Fastening Systems Using Flexural Wave Propagation)

  • 박정원;박준홍
    • 비파괴검사학회지
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    • 제34권1호
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    • pp.38-43
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    • 2014
  • 굽힘파 전파 특성을 이용하여 지지강성을 도출하고 이를 이용한 레일체결장치의 결함 검출 시험법을 제안하였다. 점탄성 패드로 지지되고 체결장치로 고정된 레일의 진동 응답은 주파수에 따라 지지단 동특성에 크게 영향을 받는다. 체결장치에 결함이 발생할 경우에는 구조적인 불연속성으로 인해 굽힘 파동의 전파 특성이 변화하게 된다. 이러한 변화를 감지하기 위해서 전달함수법을 이용해 주파수에 따라 변화하는 레일 지지단 동특성을 측정하였다. 연속 스프링으로 지지된 레일 응답으로부터 예측한 레일의 보존에너지를 이용해 결함에 대한 파동 전파의 민감도를 해석하였다. 민감도 해석 결과와 동적지지강성 변화를 측정하여 손상지수를 계산하고 결함 위치를 추정하였다.

압입축에 발생하는 프레팅 피로균열 발생 및 진전 특성 실험 (Experimental Study on Fatigue Crack Initiation and Propagation due to Fretting Damage in Press-fitted Shaft)

  • 이동형;권석진;최재붕;김영진
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제31권6호
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    • pp.701-709
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    • 2007
  • To clarify the characteristics of surface damage due to fretting in press-fitted shaft, experimental methods were applied to small scale specimen with different bending load condition. Fatigue tests and interrupted fatigue tests of press-fitted specimen were carried out by rotate bending fatigue test. Macroscopic and microscopic characteristics were examined using scanning electron microscope (SEM), optical microscope or profilometer. It is found that small fatigue cracks are nucleated early in life regardless of bending stress, and thus the most portion of fatigue life on press fits can be considered to be crack propagation process. Most of surface cracks are initiated near the contact edge, and multiple cracks are nucleated and interconnected. Furthermore, the fretting wear rates at the contact edge are increased rapidly at the initial stage of total fatigue life. It is thus suggested that the fatigue crack nucleation and propagation process is strongly related to the evolution of surface profile by fretting wear in press fits.