• Smart Structures and Systems
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• 제17권3호
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• pp.363-389
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• 2016

Deficient modes that cannot be always identified from different sets of measurement data may exist in the application of operational modal analysis such as the stochastic subspace identification techniques in large-scale civil structures. Based on a recent work using the long-term ambient vibration measurements from an instrumented cable-stayed bridge under different wind excitation conditions, a benchmark problem is launched by taking the same bridge as a test bed to further intensify the exploration of mode identifiability. For systematically assessing this benchmark problem, a recently developed SSI algorithm based on an alternative stabilization diagram and a hierarchical sifting process is extended and applied in this research to investigate several sets of known and blind monitoring data. The evaluation of delicately selected cases clearly distinguishes the effect of traffic excitation on the identifiability of the targeted deficient mode from the effect of wind excitation. An additional upper limit for the vertical acceleration amplitude at deck, mainly induced by the passing traffic, is subsequently suggested to supplement the previously determined lower limit for the wind speed. Careful inspection on the shape vector of the deficient mode under different excitation conditions leads to the postulation that this mode is actually induced by the motion of the central tower. The analysis incorporating the tower measurements solidly verifies this postulation by yielding the prevailing components at the tower locations in the extended mode shape vector. Moreover, it is also confirmed that this mode can be stably identified under all the circumstances with the addition of tower measurements. An important lesson learned from this discovery is that the problem of mode identifiability usually comes from the lack of proper measurements at the right locations.

• Earthquakes and Structures
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• 제22권2호
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• pp.185-201
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• 2022

Structural Health Monitoring (SHM) is used to provide reliable information about the structure's integrity in near realtime following extreme incidents such as earthquakes, considering the inevitable aging and degradation that occurs in operating environments. This paper experimentally investigates an integrated wireless sensor network (Wi-SN) based monitoring technique for damage detection in concrete structures. An effective SHM technique can be used to detect potential structural damage based on post-earthquake data. Two novel methods are proposed for damage detection in reinforced concrete (RC) building structures including: (i) Jerk Energy Method (JEM), which is based on time-domain analysis, and (ii) Modal Contributing Parameter (MCP), which is based on frequency-domain analysis. Wireless accelerometer sensors are installed at each story level to monitor the dynamic responses from the building structure. Prior knowledge of the initial state (immediately after construction) of the structure is not required in these methods. Proposed methods only use responses recorded during ambient vibration state (i.e., operational state) to estimate the damage index. Herein, the experimental studies serve as an illustration of the procedures. In particular, (i) a 3-story shear-type steel frame model is analyzed for several damage scenarios and (ii) 2-story RC scaled down (at 1/6th) building models, simulated and verified under experimental tests on a shaking table. As a result, in addition to the usual benefits like system adaptability, and cost-effectiveness, the proposed sensing system does not require a cluster of sensors. The spatial information in the real-time recorded data is used in global damage identification stage of SHM. Whereas in next stage of SHM, the damage is detected at the story level. Experimental results also show the efficiency and superior performance of the proposed measuring techniques.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권3호
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• pp.66-73
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• 2024

사장교에서 케이블 부재는 하중을 전달하는 가장 중요한 부재 중 하나이다. 따라서 사장교의 구조적 상태 및 안정성을 평가하기 위해서는 케이블의 상태를 파악하기 위해 지속적인 모니터링을 수행하는 것이 중요하다. 이러한 모니터링 시스템은 케이블에 부착된 가속도계를 통해 진동을 측정하고 이를 토대로 케이블 장력과 감쇠비를 추정하고, 이를 토대로 케이블의 상태 평가의 기초자료로 활용한다. 이러한 상시 모니터링 시스템은 지속적으로 진동 데이터를 측정하기 때문에 데이터 수집 시스템을 포함한 하드웨어가 안정적이고 전력 효율성이 높아야 한다. 또한 지속적으로 생성되는 대량의 진동 신호들을 사람의 개입을 최소화하며 안정적으로 분석할 수 있는 자율모니터링 시스템이 요구된다. 본 연구에서는 IoT를 활용한 도메인 지식 기반 자율 모니터링 시스템을 개발하였다. 케이블 자율 모니터링 시스템을 구현하기 위한 가장 중요한 요소는 케이블의 장력과 감쇠비의 추정을 위한 진동 신호의 주파수 영역 내 발생하는 첨두의 자동 추정이다. 본 연구에서는 도메인 지식 기반 첨두 자동 추정 알고리즘을 데이터 수집 및 On-Board Processing이 가능한 IoT 시스템에 내장하여 IoT 센서 단에서 Edge computing이 가능한 효율적인 IoT 자율 모니터링 시스템을 구현하였다. 개발된 자율 모니터링 시스템을 국내 사장교에 설치하여 장기간 현장 운영 성능을 평가하였으며, 그 결과 장기 데이터 수신률, 장력 추정의 정확성, 효율성 측면에서 기존 시스템과 비교하여 작동 성능을 확인하고 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.409-415
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• 2021

COVID-19 대유행으로 인해 병원, 진료소, 검역소 및 의료 연구 기관을 포함한 의료 시설에서 매일 수많은 의료 폐기물이 발생함에 따라 의료폐기물 처리가 심각한 문제가 되고 있다. 이전에는 전통적인 소각방법이 사용되었지만 매립지 부족 및 관련 환경 문제로 인해 공중 보건이 위험에 처해 있다. 이런 문제를 극복하기 위해 멸균분쇄용 파쇄기를 개발하였다. 본 연구에서는 유해 및 감염성 의료폐기물에 대한 작동 성능을 결정하기 위해 분쇄용 파쇄 시스템의 설계 및 수치해석을 수행하였다. 파쇄기의 부품은 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링하였으며, ABAQUS를 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 정적, 동적 및 피로하중 조건 하에서 파쇄기 절단 날의 해석을 수행하였으며, 의료 폐기물을 분쇄하는데 필요한 절단력을 기반으로 절단 날의 형상이 효과적임을 입증하였다. 모달 해석을 통해 구조물의 동적 안정성을 검증하였다. 또한, 절단 날의 수명을 예측하기 위해 고주기 피로해석을 통해 S-N 선도를 생성하였다. 이를 통해 적절한 분쇄용 파쇄 시스템이 멸균 장치와 통합되도록 설계하여 의료 폐기물의 양과 처리 시간을 줄임으로써 환경 문제와 잠재적인 건강 위험을 극복하는 방안을 제시하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.207-214
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• 2017

국내의 72.5kV 이상, 주파수 60Hz의 송배전설비인 옥내 및 옥외용 가스절연개폐장치(GIS)는 내진 안전성에 대해 국가에서 정한 한전표준규격(ES-6110-0002)을 만족해야 한다. 이 규격에서 명시되지 않은 사항은 IEC 62271-203, 62271-207 등의 관련 기기 규격에 준한다. 한전표준규격에서 기기는 정상사용상태와 특수사용상태에서 건전성이 유지되어야 한다. 안전성 판단을 위해 ASME BPVC SEC.VIII 내압용기 설계 기준에 의해 A6061-T6 재질의 GIS에 대한 정상사용상태 기준과 국내 한전표준규격과 국외 IEC 62271-207에 의한 특수사용상태 기준(지진)에 대한 총체적 응력상태를 판단하였다. 한전표준규격 기준(0.22g) 적용시, 최종응력이 알루미늄인 Part A는 78.2MPa, Part D2의 경우 102.3MPa로, ASME 허용응력 값 181.5MPa를 만족하고 있다. IEC 62271-207 High 0.5g의 경우에도 최종응력은 Part A는 90.5MPa, Part D2는 103.8MPa이다. 본 연구 결과, 72.5kV GIS는 한전표준규격의 구조안전성과 내진성능을 충분히 만족함을 보이고 있다. 내진해석으로 내진시험을 수행할 수 없는 대형 전력기기의 내진성능 실증에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권4호
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• pp.269-275
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• 2017

전투기 형태의 항공기는 외부 장착물의 중량, 공력 특성 및 조합 형태에 따라 공력탄성학적 특성에 상당한 영향을 받게 된다. 따라서 항공기를 운용하기에 앞서 기본적으로 모든 외부 장착물 조합에 대한 공력탄성학적 안정성이 반드시 검증되어야 한다. 그러나 공력탄성학적 안정성을 분석하기 위해서는 항공기의 구조, 중량, 조종면 특성, 외부형상 등과 같은 설계 데이터가 필요함에 따라, 원칙적으로 항공기 플랫폼을 개발한 제작사 이외에는 적합성 입증을 수행하는데 상당한 제한이 따를 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 작전환경의 변화 및 항전기술의 발전으로 인해 원 제작사의 지원 없이 항공기를 운용하는 국가 또는 기관에서 자체적으로 신규 장착물을 장착해야 하는 상황이 있을 수 있다. 본 논문에서는 이와 같이 설계 데이터를 갖고 있지 않은 도입 항공기에 대해 신규 장착물을 장착하는데 필요한 공력탄성학적 적합성 입증 방안에 대해 기술하였다.