This study aims to accurately predict the first ply failure loads of laminated composite hypar shell roofs with different boundary conditions. The geometrically nonlinear finite element method (FEM) is used to analyse different symmetric and anti-symmetric, cross and angle ply shells. The first ply failure loads are obtained through different well-established failure criteria including Puck's criterion along with the serviceability criterion of deflection. The close agreement of the published and present results for different validation problems proves the correctness of the finite element model used in the present study. The effects of edge conditions on first ply failure behavior are discussed critically from practical engineering point of view. Factor of safety values and failure zones are also reported to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to practicing engineers. Apart from these, the present study indicates the rank wise relative performances of different shell options. The study establishes that the angle ply laminates in general perform better than the cross ply ones. Among the stacking sequences considered here, three layered symmetric angle ply laminates offer the highest first ply failure load. The probable failure zones on the different shell surfaces, identified in this paper, are the areas where non-destructive health monitoring may be restricted to. The contributions made through this paper are expected to serve as important design aids to engineers engaged in composite hypar shell design and construction.
Dongsoo Lee;Dong-Ju Kim;Jinwook Kim;Jong-Sub Lee;Sang Yeob Kim
Smart Structures and Systems
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제34권1호
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pp.1-8
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2024
Structural health monitoring (SHM) of concrete structures is necessary because structural safety is directly linked to life safety. This study proposes a transmission line configuration for SHM based on time domain reflectometry (TDR). For this purpose, six transmission lines consisting of electrical wires, rebars, and joints were prepared. The TDR waveforms were measured and analyzed in air and concrete using six transmission lines to select the most suitable configuration. A two-line wire with joints was selected as the optimal transmission line for SHM because it exhibited the highest sensitivity among the configurations. Experiments to apply SHM were performed on defective concrete blocks containing an optimal transmission line. The results showed that the defect locations in concrete were precisely investigated using TDR waveform analysis. The distances estimated from the TDR waveform were similar to the measured distances for the locations of the defects and joints in the concrete blocks. This study suggests that a transmission line consisting of two-line wires and joints may be an effective non-destructive evaluation tool for assessing the structural health of concrete.
In this study, the importance of failure analysis on large ring forged products was assessed and the process and methodology were introduced. Failure analysis case study of the large ring forged steel product with approximately 10 mm long internal crack found by non-destructive test (NDT) was presented. The micrographic and fractographic observations and the verifying tests were conducted on the cracked specimen to identify the possible metallurgical reason for the defects, and the metallurgical aspects of internal crack formation were discussed.
Cast iron pipe has been used as a water distribution technology in North America since the early nineteenth century. The first cast iron pipes were made of grey cast iron which was succeeded by ductile iron as a pipe material in the 1940s. These different iron alloys have significantly different microstructures which give rise to distinct mechanical properties. Insight into the non-destructive structural condition assessment of aging pipes can be advantageous in developing mitigation strategies for pipe failures. This paper examines the relationship between the small-strain and large-strain properties of exhumed cast iron water pipes. Nondestructive and destructive testing programs were performed on eight pipes varying in age from 40 to 130 years. The experimental program included microstructure evaluation and ultrasonic, tensile, and flexural testing. New applications of frequency domain analysis techniques including Fourier and wavelet transforms of ultrasonic pulse velocity measurements are presented. A low correlation between wave propagation and large-strain measurements was observed. However, the wave velocities were consistently different between ductile and grey cast iron pipes (14% to 18% difference); the ductile iron pipes showed the smaller variation in wave velocities. Thus, the variation of elastic properties for ductile iron was not enough to define a linear correlation because all the measurements were practically concentrated in single cluster of points. The cross-sectional areas of the specimens tested varied as a result of minor manufacturing defects and levels of corrosion. These variations affect the large strain testing results; but, surface defects have limited effect on wave velocities and may also contribute to the low correlations observed. Lamb waves are typically not considered in the evaluation of ultrasonic pulse velocity. However, Lamb waves were found to contribute significantly to the frequency content of the ultrasonic signals possibly resulting in the poor correlations observed. Therefore, correlations between wave velocities and large strain properties obtained using specimens manufactured in the laboratory must be used with caution in the condition assessment of aged water pipes especially for grey cast iron pipes.
This paper presents the detailed experimental and analytical investigation on the evolution of static (Es) and dynamic modulus of elasticity (Ed) of concrete having 0%, 35%, and 50% FA used as partial cement replacement. Destructive and non-destructive tests were conducted on cylindrical specimens to evaluate the compressive strength and MoE of concrete in compression at the age of 28, 56, 90, and 150 days for all mixes. Experimental results show that the concrete having 35% FA achieved compressive strength and MoE similar to plain concrete at the age of 90 days, while 50% FA concrete attained satisfactory compressive strength and MoE at the age of 150 days. The comprehensive statistical analysis has been carried out in two ways on the basis of the experimental results. Firstly, the 28-day crushing strength of plain concrete in compression was used to design the models for the prediction of Es and Ed of fly ash concrete at any age and percentage replacement of FA. Secondly, using the values of UPV and RHN, models have been developed to predict the age or time-dependent Es and Ed of fly ash concrete. These models will be helpful in assessing the Es and Ed of fly ash concrete without knowing the 28-day crushing strength of plain concrete in compression in the laboratory. Hence, the suggested models in the present study will be beneficial in conducting the health assessment of fly ash based concrete structures.
본 연구에서는 공동 발생 지반에 대한 안정성 분석을 목적으로 포장층 두께와 교통하중 크기를 고려한 일련의 유한요소 수치해석을 수행하였다. 본 수치해석 방법의 타당성 검증을 위해 선행된 수치해석 연구를 활용하여 공동 발생 지반의 역학적 거동을 모사하였으며, 기존의 현장계측 결과와 비교·분석하였다. 또한, 수치해석 결과로부터 지반의 간극비, 지표침하, 전단응력의 변화를 확인함으로써 전반적인 지반의 역학 거동을 확인할 수 있었으며, 본 연구에서 산정한 응력비 및 비파괴심도와 지표침하량의 관계를 이용하여 공동 발생 지반의 안전성을 분석하였다. 그 결과, 포장층 두께가 감소하고 교통하중 크기가 증가할수록 지표침하량의 증가와 함께 비파괴심도 및 지반의 전반적인 안정성은 감소함을 알 수 있었다.
비파괴 측정법의 하나인 근적외 분광분석법을 응용하여 국내산 황색종 잎담배의 품질에 관련된 주요성분인 수분, 니코틴, 전질소, 환원당 및 색깔 등을 신속, 정확하게 동시에 측정하기 위한 가능성을 조사하였다. 근적외 영역의 광학데이타와 기존 습식분석법에 의한 잎담배의 수분, 니코틴, 전질소, 환원당 및 L, a, b 측정치 간에 중회귀 분석을 행한 결과, 검정용 시료에 대한 측정오차(SEP)가 각각 0.28%, 0.25%, 0.07%, 1.25, 0.44 및 1.07이며, 시료의 전처리없이 30초 이내에 동시에 측정 가능함을 알 수 있었다. 아울러 잎담배 수매, 원료가공 및 제품담배 제조현장에 활용하기 위한 보급형 근적외 분광분석기의 개발 가능성도 검토하였다.
조선시대에 주조된 고전(古錢) 시료 50개를 입수하여 그 속에 함유된 11종의 원소(Sn, Fe, As, Au, Ag, Co, Sb, Ir, Os, Ru, Ni)는 파괴 및 비파괴 중성자방사화분석으로, 3종 원소(Cu, Pb, Zn)는 원자흡수분광분석법으로 각각 정량하였다. 이들 15종의 분석 데이터를 사용하여 주성분분석법으로 각 시료를 고유 벡터 평면에 나타내었다. 시료끼리 군의 형성 및 군과 군 사이의 분리는 어떤 원소들이 동일한 근원을 가짐에 기인함을 알게 되었다.
비닐하우스 아치구조에 고정햄머 및 이동가속도계 형식을 취한 충격진동실험을 수행하여 획득한 일련의 진동기록으로 부터 고유진동수, 감쇠율 및 모드형태 등과 같은 모달계수를 추출하기 위하여 최신 고급 주파수영역 시스템판별법인 PolyMAX 및 FDD를 적용하였다. 전자는 입력-출력 데이터 모두를 사용하며, 후자는 출력 데이터 만 을 사용한다. 본 연구의 비닐하우스 강재 파이프 아치와 같이 매우 세장한 구조물에 진동계측 등과 같은 비파괴 실험기법을 적용하여 정적좌굴 하중을 결정할 수 있는 지 여부 및 손상을 감지할 수 있는지 등에 대하여 중점적으로 조사하였다. 대체로 추출한 모달계수는 유한요소해석으로부터 획득한 결과와 좋은 일치를 나타냈으며, 지속적으로 수행 할 후속연구에 가능성을 제시하였다.
문화재는 화학적 요인, 생물학적 요인 등 각종 열화 인자에 의해 재질이 열화되면서 각각 특유의 휘발성 유기화합물을 방출해내며 이러한 휘발성 유기화합물은 대기 중에 존재하고 다른 재질로 이루어진 유물의 열화 인자로 작용한다. 하지만 다수의 분석법 중에 비파괴적인 분석법은 흔치 않으며 기기 사용의 어려움으로 현장적용에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 피혁에서 발생하는 유해가스를 비파괴적이고 조작이 간편한 고체상미세추출법과 기체크로마토그래피를 통해 분석을 실시하였다. 또한 고체상미세추출법 중 이동형 홀더(field holder)의 효율성을 입증하였다. 국가기록원에 보관 중인 행정박물 중 피혁으로 이루어진 유물을 선정하여 고체상미세추출법의 현장적용을 실시, 비교 분석함으로써 피혁재질에서 자체적으로 발생하여 주변 공기에 방출시키는 (E)-2-nonenal, butyl hydroxy toluene 등의 화합물을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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