The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.609-615
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2005
A 30kW electrical power conversion system is developed for a variable speed wind turbine. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and the frequency of the generator output vary according to the wind speed, a 6-bridge diode rectifier and a PWM boost chopper is utilized as an ac-dc converter maintaining the constant dc-link voltage with only single switch control. An input current control algorithm for maximum power generation during the variable speed operation is proposed without any usage of speed sensor. Grid connection type PWM inverter converts dc input power to ac output currents into the grid. The active power to the grid is controlled by q-axis current and the reactive power is controlled by d-axis current with appropriate decoupling. The phase angle of utility voltage is detected using software PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. Experimental results from the test of 30kW prototype wind turbine system show that the generator power can be controlled effectively during the variable speed operation without any speed sensor.
In recent years, vision-based monitoring has received great attention. However, structural identification using vision-based displacement measurements is far less established. Especially, simultaneous identification of structural systems and unknown excitation using vision-based displacement measurements is still a challenging task since the unknown excitations do not appear directly in the observation equations. Moreover, measurement accuracy deteriorates over a wider field of view by vision-based monitoring, so, only a portion of the structure is measured instead of targeting a whole structure when using monocular vision. In this paper, the identification of structural system and excitations using vision-based displacement measurements is investigated. It is based on substructure identification approach to treat of problem of limited field of view of vision-based monitoring. For the identification of a target substructure, substructure interaction forces are treated as unknown inputs. A smoothing extended Kalman filter with unknown inputs without direct feedthrough is proposed for the simultaneous identification of substructure and unknown inputs using vision-based displacement measurements. The smoothing makes the identification robust to measurement noises. The proposed algorithm is first validated by the identification of a three-span continuous beam bridge under an impact load. Then, it is investigated by the more difficult identification of a frame and unknown wind excitation. Both examples validate the good performances of the proposed method.
Traditional approaches for structural health monitoring (SHM) seldom take ambient uncertainty (temperature, humidity, ambient vibration) into consideration, while their impacts on structural responses are substantial, leading to a possibility of raising false alarms. A few predictors model-based approaches deal with these uncertainties through complex numerical models running online, rendering the SHM approach to be compute-intensive, slow, and sometimes not practical. Also, with model-based approaches, the imperative need for a precise understanding of the structure often poses a problem for not so well understood complex systems. The present study employs a data-based approach coupled with Empirical mode decomposition (EMD) to correlate recorded response time histories under varying temperature conditions to corresponding damage scenarios. EMD decomposes the response signal into a finite set of intrinsic mode functions (IMFs). A two-dimensional Convolutional Neural Network (2DCNN) is further trained to associate these IMFs to the respective damage cases. The use of IMFs in place of raw signals helps to reduce the impact of sensor noise while preserving the essential spatio-temporal information less-sensitive to thermal effects and thereby stands as a better damage-sensitive feature than the raw signal itself. The proposed algorithm is numerically tested on a single span bridge under varying temperature conditions for different damage severities. The dynamic strain is recorded as the response since they are frame-invariant and cheaper to install. The proposed algorithm has been observed to be damage sensitive as well as sufficiently robust against measurement noise.
In the present study, the objective is to detect the structural damages using the responses obtained from the sensors at the optimal location under uncertainty conditions. Reducing the error rate in damage detection process due to responses' noise is an important goal in this study. In the proposed algorithm for optimal sensor placement, the noise of responses recorded from the sensors is initially reduced using the principal component analysis. Afterward, the optimal sensor placement is obtained by the damage detection equation based sensitivity analysis. The sensors are placed on degrees of freedom corresponding to the minimum error rate in structural damage detection through this procedure. The efficiency of the proposed method is studied on a truss bridge, a space dome, a double-layer grid as well as a three-story experimental frame structure and the results are compared. Moreover, the performance of the suggested method is compared with three other algorithms of Average Driving Point Residue (ADPR), Effective Independence (EI) method, and a mass weighting version of EI. In the examples, young's modulus, density, and cross-sectional areas of the elements are considered as uncertainty parameters. Ultimately, the results have demonstrated that the presented algorithm under uncertainty conditions represents a high accuracy to obtain the optimal sensor placement in the structures.
Previous major earthquakes indicated that the earthquake induced ground motions are typical non-stationary processes, which are non-stationary in both amplification and frequency. For the convenience of aseismic design and analysis, it usually assumes that the ground motions at structural supports are stationary processes. The development of time-frequency analysis technique makes it possible to evaluate the non-stationary responses of engineering structures subjected to non-stationary inputs, which is more general and realistic than the analysis method commonly used in engineering. In this paper, the wavelet-based stochastic vibration analysis methodology is adopted to calculate the non-stationary responses of multi-support structures. For comparison, the stationary response based on the standard random vibration method is also investigated. A frame structure and a two-span bridge are analyzed. The effects of non-stationary spatial ground motion and local site conditions are considered, and the influence of structural property on the structural responses are also considered. The analytical results demonstrate that the non-stationary spatial ground motions have significant influence on the response of multi-support structures.
In this paper, a new energy-efficient semi-active hybrid bulk damper is developed that is cost-effective for use in structural applications. In this work, the possibility of active and semi-active component configurations combined with suitable control algorithms, especially vibration control methods, is explored. The equations of motion for a container bridge equipped with an MDOF Mass Tuned Damper (M-TMD) system are established, and the combination of excitation, adhesion, and control effects are performed by a proprietary package and commercial custom submodel software. Systematic methods for the synthesis of structural components and active systems have been used in many applications because of the main interest in designing efficient devices and high-performance structural systems. A rational strategy can be established by properly controlling the master injection frequency parameter. Simulation results show that the multiscale model approach is achieved and meets accuracy with high computational efficiency. The M-TMD system can significantly improve the overall response of constrained structures by modestly reducing the critical stress amplitude of the frame. This design can be believed to build affordable, safe, environmentally friendly, resilient, sustainable infrastructure and transportation.
In this article, a novel structural modal parameters identification methodology is developed to determine the natural frequencies and damping ratios of civil structures based on the symplectic geometry mode decomposition (SGMD) approach. The SGMD approach is a new decomposition algorithm that can decompose the complex response signals with better decomposition performance and robustness. The novel method firstly decomposes the measured structural vibration response signals into individual mode components using the SGMD approach. The natural excitation technique (NExT) method is then used to obtain the free vibration response of each individual mode component. Finally, modal natural frequencies and damping ratios are identified using the direct interpolating (DI) method and a curve fitting function. The effectiveness of the proposed method is demonstrated based on numerical simulation and field measurement. The structural modal parameters are identified utilizing the simulated non-stationary responses of a frame structure and the field measured non-stationary responses of a supertall building during a typhoon. The results demonstrate that the developed method can identify the natural frequencies and damping ratios of civil structures efficiently and accurately.
Previous finite element studies have shown that AASHTO Standard load distribution factor (LDF) equations appear to be conservative for longer spans and larger girder spacing, but too permissible for short spans and girder spacing. AASHTO LRFD specification defines the distribution factor equation for girder spacing, span length, slab thickness, and longitudinal stiffness. However, this equation requires an iterative procedure to correctly determine the LDF value due to an initially unknown longitudinal stiffness parameter. This study presents a simplified LDF equation for interior and exterior girders of two-span continuous I-girder bridges that does not require an iterative design procedure. The finite element method was used to investigate the effect of girder spacing, span length, slab thickness, slab width, and spacing and size of bracing. The computer program, GTSTRUDL, was used to idealize the bridge superstructures as the eccentric beam model, the concrete slab by quadrilateral shell elements, steel girders by space frame members, and the composite action between these elements by rigid links. The distribution factors obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard and LRFD methods. It was observed through the parametric studies that girder spacing, span length, and slab thickness were the dominant parameters compared with others. The LRFD distribution factor for the interior girder was found to be conservative in most cases, whereas the factor for the exterior girder to be unconservative in longer spans. Furthermore, a regression analysis was performed to develop simplified LDF formulas. The formulas developed in this study produced LDF values that are always conservative to those from the finite element method and are generally smaller than the LDF values obtained from the AASHTO LRFD specification. The proposed simplified equation will assist bridge engineers in predicting the actual LDF in two-span continuous I-girder bridges.
Kim, Seungjun;Lee, Kee Sei;Kim, Kyung Sik;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.1-13
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2010
This paper presents an investigation on the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges using geometric nonlinear finite element analysis method. The girder and mast in cable-stayed bridges show the combined axial load and bending moment interaction due to horizontal and vertical forces of inclined cable. So these members are considered as beam-column member. In this study, the nonlinear finite element analysis method is used to resolve the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges in consideration of beam-column effect, large displacement effect (known as P-${\delta}$ effect) and cable sag effect. To analyze a cable-stayed bridge model, nonlinear 6-degree of freedom frame element and nonlinear 3-degree of freedom equivalent truss element is used. To resolve the geometric nonlinear behavior for various live load cases, the initial shape analysis is performed for considering dead load before live load analysis. Then the geometric nonlinear analysis for each live load case is performed. The deformed shapes of each model, load-displacement curves of each point and load-tensile force curves for each cable are presented for quantitative study of geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.193-199
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2020
This study examines a method for identifying stiffness reductions in structures subjected to seismic loads and retrofitting effects using a combination of the finite element method and an advanced genetic algorithm. The novelty of this study is the application of seismic loading and its response to anomalies in the tested structure. The technique described in this study may enable not only detection of damaged elements but also the identification of their locations and the extent of damage due to seismic loading. To demonstrate the feasibility of the method, the advanced genetic algorithm is applied to frame and truss bridge structures subjected to El Centro and Pohang seismic loads. The results reveal the excellent computational efficiency of the method and its ability to prevent severe damage from earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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