Jo, Hongki;Park, Jong-Woong;Spencer, B.F. Jr.;Jung, Hyung-Jo
Smart Structures and Systems
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제11권5호
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pp.477-496
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2013
Due to their cost-effectiveness and ease of installation, wireless smart sensors (WSS) have received considerable recent attention for structural health monitoring of civil infrastructure. Though various wireless smart sensor networks (WSSN) have been successfully implemented for full-scale structural health monitoring (SHM) applications, monitoring of low-level ambient strain still remains a challenging problem for WSS due to A/D converter (ADC) resolution, inherent circuit noise, and the need for automatic operation. In this paper, the design and validation of high-precision strain sensor board for the Imote2 WSS platform and its application to SHM of a cable-stayed bridge are presented. By accurate and automated balancing of the Wheatstone bridge, signal amplification of up to 2507-times can be obtained, while keeping signal mean close to the center of the ADC span, which allows utilization of the full span of the ADC. For better applicability to SHM for real-world structures, temperature compensation and shunt calibration are also implemented. Moreover, the sensor board has been designed to accommodate a friction-type magnet strain sensor, in addition to traditional foil-type strain gages, facilitating fast and easy deployment. The wireless strain sensor board performance is verified through both laboratory-scale tests and deployment on a full-scale cable-stayed bridge.
High performance concrete (HPC) has been extensively used in thin overlay for repair purpose due to its excellent strength and durability. This paper presents an experiment, where the sensor-instrumented HPC overlays have been followed by dynamic strain and moisture content monitoring for 1 year, under normal traffic. The vibrating wire and soil moisture sensors were embedded in overlay before construction. Four given HPC mixes (2 original mixes and their shrinkage-modified mixes) were used for overlays to contrast the strain and moisture results. A calibration method to accurately measure the moisture content for a given concrete mixture using soil moisture sensor was established. The monitoring results indicated that the modified mixes performed much better than the original mixes in shrinkage cracking control. Weather condition and concrete maturity at early age greatly affected the strain in concrete. The strain in HPC overlay was primarily in longitudinal direction, leading to transverse cracks. Additionally, the most moisture loss in concrete occurred at early age. Its rate was very dependent on weather. After one year, cracking survey was carried out by vision to verify the strain direction and no cracks observed in shrinkage modified mixes.
농업기계(農業機械)의 개량(改良) 및 개발(改發)의 새로운 설계(設計)를 위(爲)하여는 기계요소(機械要素)의 strain의 정밀측정(精密測定)이 중요(重要)하다. 각종(各種) 농업기계요소(農業機械要素)의 strain 측정(測定)을 위(爲)하여 현재(現在) 널리 사용(使用)하고 있는 strain 계측장치(計測裝置)의 Recorder는 1,000m/s 이하(以上)의 고속측정(高速測定)에는 이용(利用)하기 어려울뿐아니라 포장(圃場)에서 실험(實驗)할 경우는 매우 불편(不便)하고 또한 Recording paper에 나타난 Analog Data를 인력(人力)에 의(依)해 Digital로 변환(變換)해야 하므로 이때의 분석소요시간(分析所要時間)이 많이 소요(所要)될 뿐 아니라 오차(誤差)의 발생요인(發生要因)도 많이 내포(內包)하고 있다. 본(本) 연구(硏究)는 Amplifier에서 출력(出力)되는 Analog Signal을 A/D 변환기(變換器)를 갖춘 마이크로 콤퓨터에서 실시간(實時間)으로 측정(測定)하고, 이를 보통의 카세트녹음기(錄音器)에 수록(收錄)하였다가 실험후(實驗後) 콤퓨터에 보내 처리(處理)하는 방안(方案)에 관(關)해 연구(硏究)를 실시(實施)한 바 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 측정시간간격(測定時間間隔), 사용(使用) channel수(數) 및 data수(數)를 자유(自由)로 조정(調整)할 수 있는 측정(測定) program을 개발(開發)하였으며 특(特)히 측정시간(測定時間) 간격(間隔)은 고속측정(高速測定)이 최소(最少) $62{\mu}s$까지 가능(可能)하였다. 2. Calibration은 funcfion generator와 Oscilloscope를 이용(利用)하여 삼각파(三角波)를 넣어 측정(測定)한 결과(決果)를 콤퓨터에서 plotling한 결과(結果) 정확(正確)한 삼각파(三角波)를 얻을 수 있어 phase distorsion, amplitude distorsion의 문제(問題)가 전혀 없는 것이 인정(認定)되었다. 3. 진동주기(振動週期)가 0.019초(秒)인 Cantilever beam vibrafor의 strain 변화(變化)를 이 실험장치(實驗裝置)로 측정시간(測定時間) 간격(間隔) 1.0ms로 측정(測定)하여 콤퓨터에서 plotting한 결과(結果) 이론치(理論値)와 잘 일치(一致)하는 진동곡선(振動曲線)을 얻었다. 4. 마이크로 콤퓨터는 농업기계요소(農業機械要素)의 strain 측정(測定)에 이용(利用)하면 분석시간(分析時間)이 절약(節約)되고 기록용지(記錄用紙)를 사용(使用)치 않아 경제적(經濟的)일 뿐 아니라 포장실험(圃場實驗) 적응성(適應性)이 우수(優秀)하고 정밀고속측정등(精密高速測定等) 우수(優秀)한 성능(性能)을 갖춘 것으로 인정(認定)된다.
This paper is the study on the development of a torque precision measuring system using the curve fitting algorithm. This system can be divided into the hardware part and the software part. The hardware part consists of the main base board, the DAQ(Data Aquisition) board and Calibration parts. The software part consists of the software filter module and the curve fitting algorithm module. We have tested the torque transducer including the strain gauge for 200 Nm range and have analyzed the data acquired with the curve fitting algorithm by using this system. The DAQ board converts the electric signal induced by the transducer to the digital value precisely by using the shunt calibration procedure. The main board including the curve fitting algorithm calculates the exact digital torque value by using the digital value from the DAQ board. In this study, we confirmed that the result of the appropriate high-order power-series polynomial function is more accurate than the result of the low-order power-series polynomial through the system.
Huang, Xiaogang;Zhou, Zhen;Zhu, Yazhi;Zhu, Dongping;Lu, Lu
국제강구조저널
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제18권5호
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pp.1784-1800
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2018
Tension-shear loading is a common loading condition in steel structures during the earthquake shaking. To study ductile fracture in structural steel under multiple stress states, experimental investigations on the different fracture mechanisms in Chinese Q235 steel were conducted. Different tension-shear loading conditions achieved by using six groups of inclined notch butterfly configurations covering pure shear, tension-shear and pure tension cases. Numerical simulations were carried out for all the specimens to determine the stress and strain fields within the critical sections. Two tension-shear fracture models were calibrated based on the hybrid experimental-numerical procedure. The equivalent fracture strain obtained from the round bar under tensile loading was used for evaluating these two models. The results indicated that the tension-shear criterion as a function of the shear fracture parameter had better performance in predicting the fracture initiation of structural steel under different loading conditions.
한국농업기계학회 1993년도 Proceedings of International Conference for Agricultural Machinery and Process Engineering
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pp.298-306
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1993
A portable torque and power measurement system for small farm equipment based on instrumented pulley was developed. The prototype pulley was machined from mild steel, with spokes serving as strain beams. Strain gages mounted to the spokes sense the bending strain due to the torque and convert this into millivolt output. Calibration results showed the torque-millivolt relationship was linear, while hysterisis and error were less than 1% fs. For power measurements, an additional tachmeter with dcvoltage output is necessary. With the tachometer , error in power measurement was +-1.03W or 0.2% fs. Field tests showed that for ease of installation, no machine alteration needed and safety, this system had advantage over other methods for small farm equipment.
This paper describes the design processes and evaluation results of a small-sized six-axis force/torque sensor. The new six-axis force/torque sensor including S-type structure has been developed using a parallel plate structure as a basic sensing element. In order tominimize coupling errors, the location of strain gages has been determined based on the finite element analysis and the connections of strain gages have been made such that the bridge circuit with 4 strain gages becomes balanced. Several design modifications result in a similar strain sensitivity for six-axis forces and moments, and the reduced coupling errors of 2.6% FS between each forces and moments. Calibration test results show that the six-axis load cell developed which has light weight of 135g and the maximum capacities of 196 N in forces and 19.6 N.m in moments is estimated to be within 7.1% FS in coupling error.
We present a novel cell deformability monitoring chip based on the digitally measured cell lysis rate which is dependent on the areal strain of the cell membrane. This method offers simple cell deformability monitoring by automated high-throughput testing system. We suggest the filter design considering the areal strain imposed on the cell membrane passing through the filter array having gradually increased orifice length. In the experiment using erythrocytes, we characterized the cell deformability in terms of average fracture areal strain which was $0.24{\pm}0.014\;and\;0.21{\pm}0.002$ for normal and chemically treated erythrocytes, respectively. We also verified that the areal strain of 0.15 effectively discriminates the deformability difference of normal and chemically treated erythrocytes, which can be applied to the clinical situation. We compared the lysis rates and their difference for the samples from different donors and found that the present chips can be commonly used without any calibration process. The experimental results demonstrate the simple structure and high performance of the present cell deformability monitoring chips, applicable to simple and cost-effective cell aging process monitoring.
PVDF film sensor was applied to measure the stress concentration for monitoring the structural integrity. The strain calibration of this film sensor was performed by the bending test of aluminum beam. The PVDF sensor and the electrical strain gage were bonded on the beam. When the beam was loaded, the output of electrical strain gage was compared with the output of the PVDF sensor. The waveform of PVDF sensor output was shown as the same form of the output of electrical strain gage. The gain was determined as 1.7 by comparing these two signals to determine the exact value of the strain. In order to experiment the stress concentration, the stress field was analyzed by finite element analysis. The tensile test of notched steel specimens was conducted to develop the measurement technique of stress concentration. The output voltage ratio between the PVDF sensor near the notch and the PVDF sensor far from the notch could give the information about the load bearing capacity of steel specimen.
With an active structural involvement in spiral case structure (SCS) that is always the design and research focus of hydroelectric power plant (HPP), the compressible membrane sandwiched between steel spiral case and surrounding reinforced concrete was often assumed to be linear elastic material in conventional design analysis of SCS. Unfortunately considerable previous studies have proved that the foam material serving as membrane exhibits essentially nonlinear mechanical behavior. In order to clarify the effect of membrane (foam) material's nonlinear stress-strain behavior on SCS, this work performed a case study on SCS with a compressible membrane using the ABAQUS code after a sound calibration of the employed constitutive model describing foam material. In view of the successful capture of fitted stress-strain curve of test by the FEM program, we recommend an application and dissemination of the simulation technique employed in this work for membrane material description to structural designers of SCS. Even more important, the case study argues that taking into account the nonlinear stress-strain response of membrane material in loading process is definitely essential. However, we hold it unnecessary to consider the membrane material's hysteresis and additionally, employment of nonlinear elastic model for membrane material description is adequate to the structural design of SCS. Understanding and accepting these concepts will help to analyze and predict the structural performance of SCS more accurately in design effort.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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