Khatir, S.;Khatir, T.;Boutchicha, D.;Le Thanh, C.;Tran-Ngoc, H.;Bui, T.Q.;Capozucca, R.;Abdel-Wahab, M.
Smart Structures and Systems
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v.25
no.5
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pp.605-617
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2020
The existence of damages in structures causes changes in the physical properties by reducing the modal parameters. In this paper, we develop a two-stages approach based on normalized Modal Strain Energy Damage Indicator (nMSEDI) for quick applications to predict the location of damage. A two-dimensional IsoGeometric Analysis (2D-IGA), Machine Learning Algorithm (MLA) and optimization techniques are combined to create a new tool. In the first stage, we introduce a modified damage identification technique based on frequencies using nMSEDI to locate the potential of damaged elements. In the second stage, after eliminating the healthy elements, the damage index values from nMSEDI are considered as input in the damage quantification algorithm. The hybrid of Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO) with Artificial Neural Network (ANN) and Particle Swarm Optimization (PSO) are used along with nMSEDI. The objective of TLBO is to estimate the parameters of PSO-ANN to find a good training based on actual damage and estimated damage. The IGA model is updated using experimental results based on stiffness and mass matrix using the difference between calculated and measured frequencies as objective function. The feasibility and efficiency of nMSEDI-PSO-ANN after finding the best parameters by TLBO are demonstrated through the comparison with nMSEDI-IGA for different scenarios. The result of the analyses indicates that the proposed approach can be used to determine correctly the severity of damage in beam structures.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.274-274
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2012
In-depth analysis by secondary ion mass spectrometry (SIMS) is very important for the development of electronic devices using multilayered structures, because the quantity and depth distribution of some elements are critical for the electronic properties. Correct determination of the interface locations is critical for the calibration of the depth scale in SIMS depth profiling analysis of multilayer films. However, the interface locations are distorted from real ones by the several effects due to sputtering with energetic ions. In this study, the determination of interface locations in SIMS depth profiling of multilayer films was investigated by Si/Ge and Ti/Si multilayer systems. The original SIMS depth profiles were converted into compositional depth profiles by the relative sensitivity factors (RSF) derived from the atomic compositions of Si-Ge and Si-Ti alloy reference films determined by Rutherford backscattering spectroscopy. The thicknesses of the Si/Ge and Ti/Si multilayer films measured by SIMS depth profiling with various impact energy ion beam were compared with those measured by TEM. There are two methods to determine the interface locations. The one is the feasibility of 50 atomic % definition in SIMS composition depth profiling. And another one is using a distribution of SiGe and SiTi dimer ions. This study showed that the layer thicknesses measured with low energy oxygen and Cs ion beam and, by extension, with method of 50 atomic % definition were well correlated with the real thicknesses determined by TEM.
The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.1
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pp.23-28
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2022
Natural frequency variations in a vehicle-bridge interaction system is examined. The interaction system is designed for a simple beam subject to a moving vehicle. The equation of motion for the system is derived under the quarter-car condition, and numerical simulation is performed. Frequency amplification ratio (FAR) is defined as a ratio between the initial and the varying natural frequency of the system; a discontinuity in the FAR implies a resonance condition. Analysis is mainly focused on patterns, frequency variation characteristics, and discontinuity points of the FAR under the vehicle mass and tire stiffness variations. The result reveals that the interactions between the system affects the natural frequency of both the vehicle and the bridge in similar frequency regions that can be visually identified at the middle of the span using the FAR.
Nonpoint source pollution characteristics of recreation park was investigated. Runoff ratio of recreation park ranged 23-57%, which was lower than other urban area since impervious area was less than 37%. The average BOD, COD, TOC, SS, T-N, T-P, were 14.09, 32.86, 12.19, 121.51, 7.78 and 0.72 mg/L, respectively. First flush of recreation park was analyzed by normalized cumulative load - volume curve and mass first flush ratio(MFFn), MFF10 for BOD, COD, SS, T-P, T-N, TOC were 2.90, 1.59, 2.15, 2.74, 2.60, and 1.59, respectively. Observed data showed that 62% of pollutant could be removed by storaging 5 mm rainfall-runoff and even 3 mm depth could store up to 50% of pollutant in runoff.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.35-44
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1990
Most of the medium-size ships are powered by large-bore, long-stroke, slow-speed and two-stroke diesel engines in order to improve the fuel efficiency. Such a propulsion plant develops low-frequency excitation forces/moments of significant magnitude. A RO/RO car/truck carrier is also one of the cases. In this paper, the rational methods for analysis of vertical and coupled horizontal-torsional vibrations are presented. Taking account of unusual characteristics of the hull form and structural systems, the emphasis is put on modelling methods based on beam analogy, calculation of system parameters such as added mass and its center, polar added-mass moment of inertia, shear coefficient of hull sections and coupling degree in antisymmetric modes, and modal analysis of forced vibrations.
The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
Kim, Gi-Beum;Chong, Woo-Suk;Kwon, Tae-Kyu;Hong, Chul-Un;Kim, Nam-Gyun;Jheong, Gyeong-Rak
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2004.08a
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pp.165-170
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2004
The purpose of this work was to assess and quantify the beneficial effects of long-term gas exchange, at varying frequencies, for the development of a vibrating intravascular lung assistance device (VIVLAD), for patients suffering from acute respiratory distress syndrome (ARDS). The experimental design and procedure have been applied to the construction of a new device for assessing the effectiveness of membrane vibrations. An analytical solution has been developed for the hydrodynamics of flow through a bundle of sinusoidally vibrated hollow fibers, with the intention of gaining insight into how wall vibrations might enhance the performance of the VIVLAD. As a result, the maximum oxygen transfer rate was reached at the maximum amplitude and through the transfer of vibrations to the hollow fiber membranes. The device was excited by a frequency band of 7Hz at various water flow rates, as this frequency was the 2nd mode resonance frequency of the flexible beam. 675 hollow fiber membranes were also bundled, within the blood flow, into the device.
The dynamic stability of a functionally graded polymer microbeam reinforced by graphene oxides subjected to a periodic axial force is investigated. The microbeam is assumed to rest on an elastic substrate and is subjected to various immovable boundary restraints. The weight fraction of graphene oxides nanofillers is graded across the beam thickness. The effective Young's modulus of the functionally graded graphene oxides reinforced composite (FG-GORC) was determined using modified Halpin-Tsai model, with the mixture rule used to evaluate the effective Poisson's ratio and the mass density. An improved third order shear deformation theory (TSDT) is used in conjunction with the Chebyshev polynomial-based Ritz method to derive the Mathieu-Hill equations for dynamic stability of the FG-GORC microbeam, in which the scale effect is taken into account based on modified couple stress theory. Then, the Mathieu-Hill equation was solved using Bolotin's method to predict the principle unstable regions of the FG-GORC microbeams. The numerical results show the effects of the small scale, the graphene oxides nanofillers as well as the elastic substrate on the dynamic stability behaviors of the FG-GORC microbeams.
A theoretical and experimental study is presented for the force holding control of a miniature robotic ringer which is driven by a pair of piezoelectric unimorph cells. In the theoretical analysis, one finger is modeled as a flexible cantilever with a tactile force sensor at the tip and the mate of the finger is a solid beam supposed with sufficient stiffness. Further, the force sensor is modeled by a one-degree-of-freedom, mass-spring system and the output of sensor is then described by the sensor stiffness multiplied by the relative displacement. The problem investigated in this paper is that two typical holding tasks of the human finger are picked up and applied to the robotic finger. One is the work holding a stationary object with a prescribed, time-varying force and the other one is to keep the contacted force constant even if the object is in motion. The simple PID feedback control scheme is used to control the minute gripping force of order 0.01 Newton. It is shown both experimentally and theoretically that the artificial finger with the piezoelectric actuator works well in the minute force holding of the tiny object.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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