높은 고도에서 운행되는 항공기는 -$50^{\circ}C$이하의 극저온 피로환경에 노출된다. 이때 반복하중을 통해 발생되는 크랙과 같은 미세결함은 항공기 구조물의 물성변화를 야기하고 구조물 파단과 같은 심각한 구조적 결함을 야기한다. 따라서 효율적인 구조물의 유지보수 및 수명 예측을 위해 구조물의 지속적인 상태진단이 필요하다. 본 연구에서는 실제 항공기 운행조건과 유사한 극저온 피로환경에서 항공기 날개의 구조 건전성 모니터링을 수행하였다. 초기 결함 탐지를 위해 사각배열 압전구동기 및 센서를 구조물 하단에 부착한 뒤, 유도초음파 기반 능동센싱 기법을 통해 손상에 의한 산란 및 반사파를 측정하였다. 이후 통계학적 모델 분석과 위상배열기법을 통해 손상 발생 시점을 파악 및 손상 위치 탐지를 실시하였다. 또한, 극저온 환경에서의 센서의 생존성 파악과 구조 건전성 모니터링 결과의 신뢰성 향상을 위해 센서자가진단을 실시하였다. 실험 결과, 제안된 기법을 통해 극한환경에서 운행되는 구조물의 초기 손상 탐지 및 손상 위치 탐지가 높은 정확도로 가능함을 확인하였다.
The hot spot stress approach is usually adopted in the fatigue design and analysis of tubular welded joints. To apply the hot spot stress approach for fatigue evaluation of long span suspension bridges, the FEM is used to determine the hot spot stress of critical fatigue location. Using the local finite element models of the Tsing Ma Bridge, typical joints are developed and the stress concentration factors are determined. As a case for study, the calculated stress concentration factor is combined with the nominal representative stress block cycle to obtain the representative hot spot stress range cycle block under traffic loading from online health monitoring system. A comparison is made between the nominal stress approach and the hot spot stress approach for fatigue life evaluation of the Tsing Ma Bridge. The comparison result shows that the nominal stress approach cannot consider the most critical stress of the fatigue damage location and the hot spot stress approach is more appropriate for fatigue evaluation.
This study suggested a new EMG-signal-based evaluation method for knee rehabilitation that provides not only fragmentary information like muscle power but also in-depth information like muscle fatigue in the field of rehabilitation which it has not been applied to. In our experiment, nine healthy subjects performed straight leg raise exercises which are widely performed for knee rehabilitation. During the exercises, we recorded the joint angle of the leg and EMG signals from four prime movers of the leg: rectus femoris (RFM), vastus lateralis, vastus medialis, and biceps femoris (BFLH). We extracted two parameters to estimate muscle fatigue from the EMG signals, the zero-crossing rate (ZCR) and amplitude of muscle tension (AMT) that can quantitatively assess muscle fatigue from EMG signals. We found a decrease in the ZCR for the RFM and the BFLH in the muscle fatigue condition for most of the subjects. Also, we found increases in the AMT for the RFM and the BFLH. Based on the results, we quantitatively confirmed that in the state of muscle fatigue, the ZCR shows a decreasing trend whereas the AMT shows an increasing trend. Our results show that both the ZCR and AMT are useful parameters for characterizing the EMG signals in the muscle fatigue condition. In addition, our proposed methods are expected to be useful for developing a navigation system for knee rehabilitation exercises by evaluating the two parameters in two-dimensional parameter space.
This study presents a comprehensive procedure for the low cycle fatigue test of ultrasonically welded (UW) coated conductor (CC) lap-joints. The entire process is examined in detail, from the robust fabrication of the UW REBCO CC joints to the reliability testing under a low number of repeated cycle fatigue conditions. A continuous Ic measurement system enables real-time monitoring of Ic variations throughout the fatigue tests. The study aims to provide a step-by-step procedure that involves joint fabrication, electromechanical property (EMP) tests under uniaxial tension for stress level determination, and subsequent low-cycle fatigue tests. The joints are fabricated using a hybrid method that combines UW with adding In-Sn soldering, achieving a flux-free hybrid welding approach (UW-HW flux-free). The selected conditions for the low cycle fatigue tests include a stress ratio of R=0.1 and a frequency of 0.02 Hz. The results reveal some insights into the fatigue behavior, irreversible changes, and cumulative damage in the CC joints.
Wang, Kai;Cao, Wuxiong;Su, Zhongqing;Wang, Pengxiang;Zhang, Xiongjie;Chen, Lijun;Guan, Ruiqi;Lu, Ye
Smart Structures and Systems
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제26권2호
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pp.227-239
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2020
Despite proven effectiveness and accuracy in laboratories, the existing damage assessment based on guided ultrasonic waves (GUWs) or acoustic emission (AE) confronts challenges when extended to real-world structural health monitoring (SHM) for railway tracks. Central to the concerns are the extremely complex signal appearance due to highly dispersive and multimodal wave features, restriction on transducer installations, and severe contaminations of ambient noise. It remains a critical yet unsolved problem along with recent attempts to implement SHM in bourgeoning high-speed railway (HSR). By leveraging authors' continued endeavours, an SHM framework, based on actively generated diffuse ultrasonic waves (DUWs) and a benchmark-free condition contrast algorithm, has been developed and deployed via an all-in-one SHM system. Miniaturized lead zirconate titanate (PZT) wafers are utilized to generate and acquire DUWs in long-range railway tracks. Fatigue cracks in the tracks show unique contact behaviours under different conditions of external loads and further disturb DUW propagation. By contrast DUW propagation traits, fatigue cracks in railway tracks can be characterised quantitatively and the holistic health status of the tracks can be evaluated in a real-time manner. Compared with GUW- or AE-based methods, the DUW-driven inspection philosophy exhibits immunity to ambient noise and measurement uncertainty, less dependence on baseline signals, use of significantly reduced number of transducers, and high robustness in atrocious engineering conditions. Conformance tests are performed on HSR tracks, in which the evolution of fatigue damage is monitored continuously and quantitatively, demonstrating effectiveness, adaptability, reliability and robustness of DUW-driven SHM towards HSR applications.
전기체 구조시험에서 사용되는 시험설비는 규모가 크고 여러 시스템들이 상호 유기적인 결합체계를 이루고 있다. 이 시험설비를 구성하는 여러 요소들이 비정상적인 작동을 하게 되면, 구조시험의 진행이 영향을 받게 되며 몇몇 중요 요소들은 구조시험의 돌발적인 중지를 유발하게 된다. 따라서 이들 중요 요소들은 시험동안 감시의 대상이 되며, 이를 위한 감시 시스템이 필요하게 된다. 본 논문에서는 전기체 구조시험 설비 감시 시스템 개발과 관련하여 감시 및 지시 대상 항목 선정, 시스템 설계에 대하여 소개하였다. 본 논문에서 소개된 감시 시스템은 현재 T-50 전기체 정적 시험에 성공적으로 활용되고 있으며, 향후 피로시험에 적용할 수 있도록 확장할 예정이다.
Upon investigation of the damaged wheels for high speed train it was determined that the damage was caused by rolling contact fatigue during operation of train. The major problems that railway vehicle system using wheel-rail has to face during operation of railway vehicle are rolling contact fatigue, cracks in wheels, cracks in rails and wheel-rail profile wear. If these deficiencies are not controlled at early stages the huge economical problems due to unexpected maintenance cost in railway vehicle can be happened. Also, If the accurate knowledge of contact conditions between wheel and rail can be evaluated, the damage of wheel can be prevented and the maintenance operation can save money. This paper presents the applicability of electro-magnetic technique to the detection and sizing of defects in wheel. Under the condition of continuous rolling contact fatigue the damage of wheel has continuously monitored using the applied sensor. It was shown that the usefulness of the applied sensor was verified by twin disc test and the measured damaged sizes showed good agreement with the damaged sizes estimated by electro-magnetic technique.
Innovative daylighting systems in buildings in various climatic zones around the world have been developed under the IEA SHC Task21. The performance assessment were obtained by monitoring the most systems using full-scale test model rooms or actual buildings under real sky conditions. This study aims to analyze the configuration and monitoring system of the nine Mock-up models of the IEA SHC Task21 comparatively. For the purpose, the geometry of the test rooms (length, width, height, window area, glazed area and occupied), reflectance of walls, floor and ceiling, transmittance of glazing (transmittance for hemispherical irradiation, normal irradiation and U-value) were compared. And equipment for measurement (manufacturer, range, calibration, maximum calibration error, cosine response error, fatigue error), and data acquisition system (manufacturer, type, number of differential analogue input channels, A/D converter resolution in bits, data acquisition software) were also analyzed comparatively. Some findings of these experimental methodology of standard monitoring have been proven to be a valuable one for future assessment of advanced daylighting systems in our country.
Kesavan, K.;Ravisankar, K.;Parivallal, S.;Sreeshylam, P.
Smart Structures and Systems
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제1권4호
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pp.355-368
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2005
Large and complex structures are being built now-a-days and, they are required to be functional even under extreme loading and environmental conditions. In order to meet the safety and maintenance demands, there is a need to build sensors integrated structural system, which can sense and provide necessary information about the structural response to complex loading and environment. Sophisticated tools have been developed for the design and construction of civil engineering structures. However, very little has been accomplished in the area of monitoring and rehabilitation. The employment of appropriate sensor is therefore crucial, and efforts must be directed towards non-destructive testing techniques that remain functional throughout the life of the structure. Fiber optic sensors are emerging as a superior non-destructive tool for evaluating the health of civil engineering structures. Flexibility, small in size and corrosion resistance of optical fibers allow them to be directly embedded in concrete structures. The inherent advantages of fiber optic sensors over conventional sensors include high resolution, ability to work in difficult environment, immunity from electromagnetic interference, large band width of signal, low noise and high sensitivity. This paper brings out the potential and current status of technology of fiber optic sensors for civil engineering applications. The importance of employing fiber optic sensors for health monitoring of civil engineering structures has been highlighted. Details of laboratory studies carried out on fiber optic strain sensors to assess their suitability for civil engineering applications are also covered.
For the efficient and safe operation of nuclear power plant, evaluating quantitatively aging phenomenon of major components is necessary. Especially, typical aging parameters such as stresses and cumulative usage factors should be determined accurately to manage the lifetime of the plant facility. The 3-D finite element(FE) model is generated to calculate the aging parameters. Mechanical and thermal transfer functions called Green's functions are developed for the FE model with standard step input. The stress results estimated from transfer functions are verified by comparing with 3-D FE analyses results. Lastly, we suggest an effective fatigue evaluation methodology by using the transfer functions. The usefulness of the proposed fatigue evaluation methodology can be maximized by combining it with an on-line monitoring system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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