In this paper the authors address the problem of comparing two different smart damping techniques using the numerical modelling of the electro-mechanical impedance for plate structures partially treated with active constrained layer damping treatments. The paper summarizes the modelling procedures including a finite element formulation capable of accounting for the observed behaviour. The example used is a smart cantilever plate structure containing a viscoelastic material (VEM) layer sandwiched between a piezoelectric constrained layer and the host vibrating plate. Comparisons are made between active constrained layer and active damping only and based on the resonance frequency amplitudes of the electrical admittance numerically evaluated at the surface of the piezoelectric model of the vibrating structure.
This paper describes the smart structural system that uses smart materials for real-time monitoring and active control of bolted joints in steel structures. The impedance-based structural health monitoring (SHM) techniques, which utilize the electro-mechanical coupling property of piezoelectric materials, was used to detect loose bolts in bolted joints. By monitoring the measured electrical impedance and comparing it with the measured baseline, a bolt loosening damage was detected. The damage was evaluated quantitatively using the damage metrics in conductance signature with respect to the healthy states. When loosening damage was detected in the bolted joint, the external heater actuated the shape memory alloy (SMA) washer. Then the heated SMA washer expanded axially and adjusted the bolt tension to restore the lost torque. An experiment was conducted by integrating the piezoelectric-material-based SHM function and the SMA-based active control function on a bolted joint, after which the performance of thesmart self-healing joint system was investigated.
In this study, PZT-5A green sheet were prepared by using tape casting technique, and the piezoelectric properties of PZT-5A by variation of sintering temperature was investigated. After, design and piezoelectric properties of 2-2 piezocomposite ultrasonic transducers by menas of the FEA. The acoustic impedance and piezoelectric charge constant of the 2-2 type piezocomposite transducer decreased proportionally due to the density decrease caused by the PZT volume fraction decrease. The piezocomposite acoustic impedance were 7~3 MRayl between 0.6 and 0.2 allowing it to be used for a ultrasonic transducer. The resonance characteristics and the electro-mechanical coupling factor were the best when the volume fraction PZT was 0.6. The PZT volume fraction shows the fixed value, 0.6~0.65, approximately within the range between 0.2 and 0.6 while it is increased to decreased over the range. The result of the experiment above confirmed that the 2-2 piezoelectric composites could be used as the ultrasonic transducers.
Real-time monitoring of stiffness and strength in cement based system has received significant attention in past few decades owing to the development of advanced techniques. Also, use of environment friendly supplementary cementitious materials (SCM) in cement, though gaining huge interest, severely affect the strength gain especially in early ages. Continuous monitoring of strength- and stiffness- gain using an efficient technique will systematically facilitate to choose the suitable time of removal of formwork for structures made with SCM incorporated concrete. This paper presents a technique for monitoring the strength and stiffness evolution in hydrating fly ash blended cement systems using electro-mechanical impedance (EMI) based technique. It is important to observe that the slower pozzolanic reactivity of fly ash blended cement systems could be effectively tracked using the evolution of equivalent local stiffness of the hydrating medium. Strength prediction models are proposed for estimating the strength and stiffness of the fly ash cement system, where curing age (in terms of hours/days) and the percentage replacement of cement by fly ash are the parameters. Evaluation of strength as obtained from EMI characteristics is validated with the results from destructive compression test and also compared with the same obtained from commonly used ultrasonic wave velocity (UPV). Statistical error indices indicate that the EMI technique is capable of predicting the strength of fly ash blended cement system more accurate than that from UPV. Further, the correlations between stiffness- and strength- gain over the time of hydration are also established. From the study, it is found that EMI based method can be effectively used for monitoring of strength gain in the fly ash incorporated cement system during hardening.
This paper presents theoretical and experimental evaluation of the structural health monitoring (SHM) capability of piezoelectric wafer active sensors (PWAS) at elevated temperatures. This is important because the technologies for structural sensing and monitoring need to account for the thermal effect and compensate for it. Permanently installed PWAS transducers have been One of the extensively employed sensor technologies for in-situ continuous SHM. In this paper, the electro-mechanical impedance spectroscopy (EMIS) method has been utilized as a dynamic descriptor of PWAS behavior and as a high frequency standing wave local modal technique. Another SHM technology utilizes PWAS as far-field transient transducers to excite and detect guided waves propagating through the structure. This paper first presents how the EMIS method is used to qualify and quantify circular PWAS resonators in an increasing temperature environment up to 230 deg C. The piezoelectric material degradation with temperature was investigated and trends of variation with temperature were deduced from experimental measurements. These effects were introduced in a wave propagation simulation software called Wave Form Revealer (WFR). The thermal effects on the substrate material were also considered. Thus, the changes in the propagating guided wave signal at various temperatures could be simulated. The paper ends with summary and conclusions followed by suggestions for further work.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.197-202
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2008
In this paper, a hybrid vibration-impedance approaches is newly proposed to detect the occurrence of damage, the location of damage, and extent of damage in steel plate-girder bridges. The hybrid scheme mainly consists of three sequential phases: 1) to alarm the occurrence of damage, 2) to classify the alarmed damage, and 3) to estimate the classified damage in detail. Damage types of interest include flexural stiffness-loss in girder and bolts-loose in supports. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the alarmed damage is classified into subsystems by recognizing patterns of impedance features. In the final phase, the location and the extent of damage are estimated by using modal strain energy-based damage index method and root mean square deviation method. The feasibility of the proposed system is evaluated on a laboratory-scaled steel plate-girder bridge model for which hybrid vibration-impedance signatures were measured for several damage scenarios.
The corrosion behavior of metal covered with mortar under a wet-dry cyclic condition were investigated to apply for the measurement of corrosion rates of reinforcing steel in concrete structure. The carbon steel in mortar having t=3 mm cover thickness was exposed to the alternate condition of 6 h immersion in chloride containing solution and 18 h drying at $25^{\circ}C$ and 50%RH. The electrochemical phenomena of a carbon steel and mortar interface was explained by an equivalent circuit consisting of a solution resistance, a charge transfer resistance and a CPE(Constant Phase Element). The corrosion rates were monitored continuously during exposure using an AC impedance technique. Simultaneously, the current distribution over the working electrode during impedance measurement was analyzed from the phase shift, $\theta$, in an intermediate frequency. The result showed that corrosion rate monitoring using an AC impedance method is suitable under the given exposure conditions even during the drying period when the metal is covered with the wetted mortar.
Lee Kan Woon;Lee Young Soo;Park Moon Dong;Cha Jae Man
Proceedings of the KIEE Conference
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summer
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pp.854-856
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2004
Electro mechanical type protective relay have an influence on the characteristics of the operation due to the change of coil impedance in accordance with the change of the temperature. We found out through an electrical test how many characteric changes are made when we change the temperature according to the types of protective relay. The result is that the protective relay operated by vactor is influenced by temperature.
Despite its superior braking performance to conventional vehicles on test tracks, the performance of the ABS-equipped car seems disappointing on real highway. The poor braking performance results from questionable design of the human-machine interface(HMI) of the brake system. Force-displacement relation at the brake pedal has a strong effect on the braking performance. Recently developed brake-by-wire (BBW) system may allow us to tailor the force feel at the brake pedal. This study aims at exploring analytical ways of designing human-machine interface of BBW system. In this paper, mathematical models of brake pedal feel for electro-hydraulic BBW (EH-BBW) system are developed, and the braking motion and the characteristics of the driver's leg action are modeled. Based on the dynamic characteristics of the brake pedal and the driver, two new HMI designs for EH-BBW system are proposed. In the designs, BBW system is modeled as a type of master-slave teleoperator. The effectiveness of the proposed designs is investigated using driving simulation.
본 논문은 저전력 무선 임피던스 기반 구조물 건전성 감시 USN 시스템을 활용하여 electro-mechanical Impedance 센서의 일종인 PZT센서를 부착한 배관 구조물의 건전성을 진단하는 방법과 그 실험 결과에 대해 소개 한다. 기존에는 건설구조물에 가해지는 전기적인 입출력비에 해당하는 임피던스를 계측하기 위해서 비교적 고가의 대형 계측 장비가 필요로 했으며, 구조물에 설치된 센서를 계측장비에 연결하기 위한 유선의 케이블 작업 역시 추가로 필요했었다. 대형 배관 구조물의 경우에는 이러한 문제점 때문에 임피던스를 이용한 능동형 센서가 제대로 활용되지 못하고 있고 비정기적인 비파괴검사에만 국한되어 사용되어 왔다. USN기술은 저전력 소출력 무선통신을 통해 기존의 계측시스템과는 다른 상시모니터링의 장점을 가지고 있는 기술로서 최근 토목/건설 분야에서 적극적으로 활용이 되는 융합기술이다. 본 논문에서 구조물 건전성 감시 분야와 저전력 무선 계측 기술의 통합을 통해 얻어진 최적화된 배관 건전도 진단 센서 노드의 효율성을 정량적 실험 데이터를 통해 입증하고, 앞으로의 연구 방향에 대한 제안으로 끝을 맺는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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