Im, Seok Been;Cloudt, Harding C.;Fogle, Jeffrey A.;Hurlebaus, Stefan
Smart Structures and Systems
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v.12
no.3_4
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pp.427-440
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2013
A growing need has developed in the United States to obtain more specific knowledge on the structural integrity of infrastructure due to aging service lives, heavier and more frequent loading conditions, and durability issues. This need has spurred extensive research in the area of structural health monitoring over the past few decades. Several structural health monitoring techniques have been developed that are capable of locating damage in structures using modal strain energy of mode shapes. Typically in the past, bending strain energy has been used in these methods since it is a dominant vibrational mode in many structures and is easily measured. Additionally, there may be cases, such as pipes, shafts, or certain bridges, where structures exhibit significant torsional behavior as well. In this research, torsional strain energy is used to locate damage. The damage index method is used on two numerical models; a cantilevered steel pipe and a simply-supported steel plate girder bridge. Torsion damage indices are compared to bending damage indices to assess their effectiveness at locating damage. The torsion strain energy method is capable of accurately locating damage and providing additional valuable information to both of the structures' behaviors.
Khosraviani, Mohammad Javad;Bahar, Omid;Ghasemi, Seyed Hooman
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.2
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pp.151-165
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2021
This paper aims to present a novelty damage detection method to identify damage locations by the simultaneous use of both the energy and displacement damage indices. Using this novelty method, the damaged location and even the damaged floor are accurately detected. As a first method, a combination of the instantaneous frequency energy index (EDI) and the structural acceleration responses are used. To evaluate the first method and also present a rapid assessment method, the Displacement Damage Index (DDI), which consists of the error reliability (β) and Normal Probability Density Function (NPDF) indices, are introduced. The innovation of this method is the simultaneous use of displacement-acceleration responses during one process, which is more effective in the rapid evaluation of damage patterns with velocity vectors. In order to evaluate the effectiveness of the proposed method, various damage scenarios of the ASCE benchmark problem, and the effects of measurement noise were studied numerically. Extensive analyses show that the rapid proposed method is capable of accurately detecting the location of sparse damages through the building. Finally, the proposed method was validated by experimental studies of a six-story steel building structure with single and multiple damage cases.
In this paper, a procedure for evaluating the structural integrity of the PCSG (Printed Circuit Steam Generator) unit block is presented with a simplified FE (finite element) analysis technique by applying the homogenization method. The homogenization method converts an inhomogeneous elastic body into a homogeneous elastic body with same mechanical behaviour. This method is effective when the inhomogeneous elastic body has repetitive microstructures, and thus the method was applied to the sheet assembly among the PCSG unit block components. From the method, the homogenized equivalent elastic constants of the sheet assembly were derived. The validity of the determined material properties was verified by comparing the mechanical behaviour with the reference model. Thermo-mechanical analysis was then performed to evaluate the structural integrity of the PCSG unit block, and it was found that the contact region between the steam header and the sheet assembly is a critical point where large bending stress occurs due to the temperature difference.
The Steel Industry has made a significant contribution to the increase of energy use in Korea. This paper presents a method for development energy efficiency indicator in the steel industry based on the decomposing approach. This paper develops a logically consistent method for decomposing a change in energy consumption into the effects of three factors structural change, energy intensity and output level. Numerical illustration of the method is given using 1992~2001 data for energy consumption in a virtual works. The most dominant factor is revealed to be the output effect. The energy intensity for the steel industry has increased and the effect of such a growth was relatively strongly reflected in the decomposition analysis. The structural effect turned out to be also important during the periods.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.19-26
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2003
In energy-based design, the structures are generally transformed into equivalent SDOF systems to obtain the input and the dissipated energy. In this study the energy demands in multi-story structures were compared with that of equivalent single degree of freedom systems to validate the transformation method. Three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames and buckling restrained braced frames are compared with those of equivalent single degree of freedom systems. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. According to the analysis results, in 3 and 8-story structures the hysteretic energy demands computed in the equivalent SDOF structures are compatible with those computed in the original MDOF structures, while in the 20-story structures the transformed equivalent structures underestimated the hysteretic energy demands.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.9-16
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2004
This paper deals with the development of computational schemes for the dynamic analysis of flexible and nonlinear multibody systems. Different from the existing method, this paper introduces the quaternion algebra to develop the equation of the conservation of energy. Simultaneously, Rodrigues parameters are used to express the finite rotation for the proposed scheme. The proposed energy scheme is derived such that it provides unconditionally stable conditions for the nonlinear problems. Several examples of dynamic systems are presented which illustrate the efficiency and accuracy of the developed energy schemes.
The study presents the results of the analysis on the structural characteristics of MOS capacitor for sensing the ionizing radiation effect. Increasing the thickness of MOS capacitor's oxide layer enhanced the sensitivity of MOS capacitor under irradiation condition, but the sensitivity of irradiated MOS capacitor is uninfluenced by the area of MOS capacitor.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.155-162
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2003
The evolved energy concept has been demonstrated to fir the seismic evaluation of various steel connection details with the objective basis. For this, the strain energy stored in the structural system obtained from the experimental database has been normalized by that of a benchmark system. In this notion, the ideal elastic-perfectly plastic structural system has been assumed as a benchmark. In addition, the attempt shows that those previously peformed experimental database can be recycled to have further significance.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.2
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pp.15-24
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2013
This project is mainly related to evaluation of total energy consumption of low energy house, the exterior envelope of which was wholly composed of structural insulated panels(SIP). The U-value of applied SIP was in the range of 0.189 to $0.269W/m^2{\cdot}K$ and the U-value of pair glass from 0.78 to $1.298W/m^2{\cdot}K$ was applied for window dependent to its function respectively. For comparison of total energy performance, the energy simulation for pilot house was performed to compare with the control house having insulation criteria of Korean building regulation in 2009. Based on simulation of dynamic energy performance, the pilot house saved 48.3% of annual energy consumption while the control house in 2009 consumed as 85.7GJ/y. In case of heating, the result showed that the energy saving ratio amounted to 76.7%. For $CO_2$ emission, the pilot house diminished approximately 35.4% from $6,208.4kgCO_2$ to $4,009.2kgCO_2$. In payback period to early investment, it was analyzed the pilot house took 7.8 years, when the low energy house built by other insulation method with same thermal perfusion took 11.5 years. From this result, it is considered that the SIP is more effective, economic to Green Home application.
Due to high in-situ stress and brittleness of rock mass, the surrounding rock masses of underground caverns are prone to appear splitting failure. In this paper, a kind of loading-unloading variable elastic modulus model has been initially proposed and developed based on energy dissipation principle, and the stress state of elements has been determined by a splitting failure criterion. Then the underground caverns of Dagangshan hydropower station is analyzed using the above model. For comparing with the monitoring results, the entire process of rock splitting failure has been achieved through monitoring the splitting failure on side walls of large-scale caverns in Dagangshan via borehole TV, micro-meter and deformation resistivity instrument. It shows that the maximum depth of splitting area in the downstream sidewall of the main power house is approximately 14 m, which is close to the numerical results, about 12.5 m based on the energy dissipation model. As monitoring result, the calculation indicates that the key point displacement of caverns decreases firstly with the distance from main powerhouse downstream side wall rising, and then increases, because this area gets close to the side wall of main transformer house and another smaller splitting zone formed here. Therefore it is concluded that the energy dissipation model can preferably present deformation and fracture zones in engineering, and be very useful for similar projects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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