• Structural Engineering and Mechanics
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• 제42권3호
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• pp.425-448
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• 2012

In this paper, a new damage detection and quantification method has been presented to perform detection and quantification of structural damage under ambient vibration loadings. To extract modal properties of the structural system under ambient excitation, natural excitation technique (NExT) and eigensystem realization algorithm (ERA) are employed. Sensitivity matrices of the dynamic residual force vector have been derived and used in the parameter subset selection method to identify multiple damaged locations. In the sequel, the steady state genetic algorithm (SSGA) is used to determine quantified levels of the identified damage by minimizing errors in the modal flexibility matrix. In this study, performance of the proposed damage detection and quantification methodology is evaluated using a finite element model of a truss structure with considerations of possible experimental errors and noises. A series of numerical examples with five different damage scenarios including a challengingly small damage level demonstrates that the proposed methodology can efficaciously detect and quantify damage under noisy ambient vibrations.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.227-234
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• 2005

본 논문에서는 토목구조물의 스마트 모니터링 시스템을 위한 MEMS 형식의 가속도 센서를 부착한 스마트 무선 센서 장치를 설계하고 제작하였다. 그리고 다양한 성능 실험을 통하여 장치의 성능을 평가하였다. 첫째 장치에 부착한 가속도 센서의 민감도와 분해능, 잡음을 평가하기 위한 실험을 실시하였다. 실험의 결과는 센서의 데이터 쉬트의 값과 비교하여 센서의 성능을 평가 하였다. 두 번째로는 무선 센서 장치를 이용하여 상시 가진을 받는 모형구조물의 동특성을 NExT와 ERA 알고리즘을 사용하여 분석하였다. 이와 같이 분석된 동적 특성은 유한요소 해석 결과와 상호 비교하여 그 유용성을 입증하였고, 스마트 모니터링 시스템에 무선 센서 장치가 효과적으로 적용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권4호
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• pp.149-160
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• 2008

본 논문에서는 구조물의 응답 신호만을 스마트 센서 시스템으로 획득하여 모달 인자들을 추출하는 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 최근에 차세대 계측시스템으로 활발히 연구 되고 있는 스마트 센서 시스템의 성능과 현장 적용 가능성을 검증하는데 있다. 본 연구에 사용된 스마트 센서 시스템은 MEMS형 가속도 센서와 8bit CPU, 무선모뎀을 이용하여 실시간 동적계측이 가능하도록 개발되었다. 모달 인자 추출 실험은 모형 캔틸레버 보에 임의 가진을 가한 후, 구조물의 응답을 스마트 센서와 범용계측장비로 각각 획득하였다. 데이터 분석은 NExT & ERA 알고리즘을 이용하여 모달 인자를 추출하였다. 또한, 양질의 데이터를 획득하기 위하여 EOT알고리즘으로 최적의 계측위치를 선정하였다. 실험 결과, 스마트 센서의 현장 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.165-174
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• 2004

본 연구에서는 에너지소산률을 활용하여 구조물의 건전도를 실시간 상에서 모니터링하는 기법을 제시하였다. 실시간 모니터링에 적합하도록 계측은 자연가진기법(NExT)이 채택되었고, 동적 분석을 위해서는 고유계 구현기법(ERA)이 채택되어 실시간 데이터의 분석이 가능하도록 하였다. 이들 데이터로부터 계산된 구조물의 댐핑과 고유치만을 사용하여 에너지소산률을 계산하고, 이들 값으로부터 구조물의 손상도를 평가하는 알고리즘(에너지소산법)을 개발하였다. 본 연구에서 제안된 에너지소산법은 기존의 방법(고유치변화법과 모드변화법(MAC))과 비교하여 유용성이 입증되었다. 특히 에너지소산법은 실시간 모니터링에 중요한 계측시간과 데이터의 량을 줄일 수 있었고, 자연가진을 이용하여 전체적인 구조물의 거동을 파악하기에 용이하였으며 구조물의 손상 유무를 판단하는 효과적 기법으로 입증되었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제10권4_5호
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• pp.393-410
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• 2012

The 610 m high Canton Tower (formerly named Guangzhou New Television Tower) is currently considered as a benchmark problem for structural health monitoring (SHM) of high-rise slender structures. In the benchmark study task I, a set of 24-hour ambient vibration measurement data has been available for the output-only system identification study. In this paper, the vector autoregressive models (ARV) method is adopted in the operational modal analysis (OMA) for this TV tower. The identified natural frequencies, damping ratios and mode shapes are presented and compared with the available results from some other research groups which used different methods, e.g., the data-driven stochastic subspace identification (SSI-DATA) method, the enhanced frequency domain decomposition (EFDD) algorithm, and an improved modal identification method based on NExT-ERA technique. Furthermore, the environmental effects on the estimated modal parameters are also discussed.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.170-178
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• 2011

본 논문에서는 MEMS 센서와 블루투스 무선 통신 모듈을 이용하여 교량 모니터링을 위한 무선 계측 시스템 개발에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 MEMS 센서의 가속도 측정 범위 및 주파수 응답 범위 성능을 검증하기 위한 실험을 수행하여 교량 계측에 적합성 여부를 판단하였다. 실험 결과, 고성능의 압전형 가속도 센서에 비하여 동적 범위와 측정 주파수 범위의 성능은 낮으나 30Hz 미만의 저주파수 대역 측정에는 무리가 없을 것으로 판단한다. 그리고 최대 통신 거리 측정 결과, 280m정도의 성능을 가지고 있음을 확인하였다. 마지막으로 개발된 무선 가속도 센서 시스템을 공용중인 교량에 설치한 후, 교통하중에 의한 진동데이터를 획득하여 교량의 동특성을 실시간 분석하였다. 분석결과는 대상교량의 FE 해석결과와 비교를 통하여 무선 가속도 센서 시스템의 성능을 평가하였다. 실험 결과, MEMS 센서와 블루투스 무선 통신 모듈을 이용하여 개발한 무선 가속도 센서는 교량과 같은 저주파수 진동특성을 갖는 건설구조물의 계측에 효과적으로 사용할 수 잇을 것으로 판단된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제10권4_5호
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• pp.353-373
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• 2012

The instrumented Canton Tower is a 610 m high-rise structure, which has been considered as a benchmark problem for structural health monitoring (SHM) research. In this paper, an improved automatic modal identification method is presented based on a natural excitation technique in conjunction with the eigensystem realization algorithm (NExT/ERA). In the proposed modal identification method, damping ratio, consistent mode indicator from observability matrices (CMI_O) and modal amplitude coherence (MAC) are used as criteria to distinguish the physically true modes from spurious modes. Enhanced frequency domain decomposition (EFDD), the data-driven stochastic subspace identification method (SSI-DATA) and the proposed method are respectively applied to extract the modal parameters of the Canton Tower under different environmental conditions. Results of modal parameter identification based on output-only measurements are presented and discussed. User-selected parameters used in those methods are suggested and discussed. Furthermore, the effect of environmental conditions on the dynamic characteristics of Canton tower is investigated.

• 한국해양공학회지
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• 제20권2호
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• pp.1-7
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• 2006

This paper, presents a comparison between numerical analysis and field test on a real offshore platform in Bohai Bay, China. This platform is a steel jacket offshore platform with vertical piles. The field testing under wave-induced force and wind force etc. was conducted, in order to obtain the dynamic parameters of the structure, including the frequencies of the jacket platform, as well as the corresponding damping ratios and mode shapes. The natural excitation technology (NexT) combined with eigensystem realization algorithm (ERA) and the peak picking (PP) method in frequency domain are carried out for modal parameter indentification under operational conditions. The three-dimeansional finite element model (FEM) is constructed by ANSYS and analytical modal analysis is performed to generate modal parameters. The analytical results were compared with experimental results. A good agreement was achieved between the finite element and analysis and field test results. It is further demonstrated that the numerical and experimental modal analysis provide a comprehensive study on the dynamic properties of the jacket platform. According to the analysis results, the modal parameters identification under ambient excitation can calibrate finite element model of the jacket platform structures, or can be used for the structural health monitoring system.