Structural health monitoring results obtained with the electro-mechanical (E/M) impedance techniqueand Lamb wave transmission methods during fatigue crack propagation of an Arcan specimen instrumented with piezoelectric wafer active sensors (PWAS) are presented. The specimen was subjected in mixed-mode fatigue loading and a crack was propagated in stages. At each stage, an image of the crack and the location of the crack tip were recorded and the PWAS readings were taken. Hence, the crack-growth in the specimen could be correlated with the PWAS readings. The E/M impedance signature was recorded in the 100 - 500 kHz frequency range. The Lamb-wave transmission method used the pitch-catch approach with a 3-count sine tone burst of 474 kHz transmitted and received between various PWAS pairs. Fatigue loading was applied to initiate and propagate the crack damage of controlled magnitude. As damage progressed, the E/M impedance signatures and the waveforms received by receivers were recorded at predetermined intervals and compared. Data analysis indicated that both the E/M impedance signatures and the Lamb-wave transmission signatures are modified by the crack progression. Damage index values were observed to increase as the crack damage increases. These experiments demonstrated that the use of PWAS in conjunction with the E/M impedance and the Lamb-wave transmission is a potentially powerful tool for crack damage detection and monitoring in structural elements.
This paper presents a flexible low-profile antenna sensor for fatigue crack detection and monitoring. The sensor was inspired by the sense of pain in bio-systems as a protection mechanism. Because the antenna sensor does not need wiring for power supply or data transmission, it is an ideal candidate as sensing elements for the implementation of engineering sensor skins with a dense sensor distribution. Based on the principle of microstrip patch antenna, the antenna sensor is essentially an electromagnetic cavity that radiates at certain resonant frequencies. By implementing a metallic structure as the ground plane of the antenna sensor, crack development in the metallic structure due to fatigue loading can be detected from the resonant frequency shift of the antenna sensor. A monostatic microwave radar system was developed to interrogate the antenna sensor remotely. Fabrication and characterization of the antenna sensor for crack monitoring as well as the implementation of the remote interrogation system are presented.
This paper has performed fatigue and nondestructive test of bogie frame for Korean tilting train. Before the fatigue test, static tests were carried out. From the test, the structural safety was investigated using Goodman diagram. After the static test, the fatigue test were conducted under tilting load conditions. The fatigue test was conducted for $10{\times}10^6$ cycles. During the fatigue test, the nondestructive tests using magnetic particle and liquid penetrant were performed at $6{\times}10^6$ cycle and $10{\times}10^6$cycle. From the crack detection tests, it was known that there was no fatigue crack in the bogie frame.
The purpose of this work is to obtain fundamental data about fatigue crack detection of the welded exhaust flange by using the AE method. The acoustic emission method as a nondestructive evaluation is one of high technical test for realtime monitoring in the dangerous industry fields. Signal analysis of both AE sensor and accelerometer for fatigue crack failure are presented in this paper.
This paper explains the fatigue test procedure of a composite train carbody. The composite carbody with length of 23m was manufactured as a sandwich structure composed of a 40mm-thick aluminium honeycomb core and 5mm-thick woven fabric carbon/epoxy face. In order to evaluate fatigue strength of the composite carbody, the carbody will be excited by two 50-ton capacity hydraulic actuators. The excitation frequency will be measured by natural frequency evaluation test under full weight condition. The test The fatigue test is to be conducted For $2{\times}10^6$cycles. During the fatigue test, the nondestructive tests using X-ray and liquid penetrant will be performed. From crack detection tests, the location and Fatigue crack progress will be investigated.
This paper has performed static, fatigue and nondestructive test of tilting' bolster frame for Korean tilting train. From the static test, the structural safety was investigated using Goodman diagram. After the static test, the fatigue test were conducted under tilting load conditions. The fatigue test was conducted for $10\times10^6$ cycles. During the fatigue test, the nondestructive tests using magnetic particle and liquid penetrant were performed at $6\times10^6$cycle and $10\times10^6$cycle. From the crack detection tests, it was known that there was no fatigue crack in the tilting bolster.
Ultrasonic Guided Waves (UGWs) are a useful tool in structural health monitoring (SHM) applications that can benefit from built-in transduction, moderately large inspection ranges and high sensitivity to small flaws. This paper describes a SHM method based on UGWs, discrete wavelet transform (DWT), and principal component analysis (PCA) able to detect and quantify the onset and propagation of fatigue cracks in structural waveguides. The method combines the advantages of guided wave signals processed through the DWT with the outcomes of selecting defect-sensitive features to perform a multivariate diagnosis of damage. This diagnosis is based on the PCA. The framework presented in this paper is applied to the detection of fatigue cracks in a steel beam. The probing hardware consists of a PXI platform that controls the generation and measurement of the ultrasonic signals by means of piezoelectric transducers made of Lead Zirconate Titanate. Although the approach is demonstrated in a beam test, it is argued that the proposed method is general and applicable to any structure that can sustain the propagation of UGWs.
Microcracks can rapidly grow and develop in high-strength steels used in offshore structures. It is important to render these microcracks harmless to ensure the safety and reliability of offshore structures. Here, the dependence of the aspect ratio (As) of the maximum depth of harmless crack (ahlm) was evaluated under three different conditions considering the threshold stress intensity factor (Δkth) and residual stress of offshore structural steel F690. The threshold stress intensity factor and fatigue limit of fatigue crack propagation, dependent on crack dimensions, were evaluated using Ando's equation, which considers the plastic behavior of fatigue and the stress ratio. ahlm by peening was analyzed using the relationship between Δkth obtained by Ando's equation and Δkth obtained by the sum of applied stress and residual stress. The plate specimen had a width 2W = 12 mm and thickness t = 20 mm, and four value of As were considered: 1.0, 0.6, 0.3, and 0.1. The ahlm was larger as the compressive residual stress distribution increased. Additionally, an increase in the values of As and Δkth(l) led to a larger ahlm. With a safety factor (N) of 2.0, the long-term safety and reliability of structures constructed using F690 can be secured with needle peening. It is necessary to apply a more sensitive non-destructive inspection technique as a non-destructive inspection method for crack detection could not be used to observe fatigue cracks that reduced the fatigue limit of smooth specimens by 50% in the three types of residual stresses considered. The usefulness of non-destructive inspection and non-damaging techniques was reviewed based on the relationship between ahlm, aNDI (minimum crack depth detectable in non-destructive inspection), acr N (crack depth that reduces the fatigue limit to 1/N), and As.
Detection of fatigue cracks at an early stage of their development is important in structural health monitoring. The breathing of cracks in a structure generates higher harmonic components of the exciting frequency in the frequency spectrum. Previously, the residual operational deflection shape (R-ODS) method was successfully applied to beams with a single crack. The method is based on the ODSs at the exciting frequency and its higher harmonic components which consider both amplitude and phase information of responses to map the deflection pattern of structures. Although the R-ODS method shows the location of a single crack clearly, its identification for the location of multiple cracks in a structure is not always obvious. Therefore, an improvement to the R-ODS method is presented here to make the identification process distinct for the beams with multiple cracks. Numerical and experimental examples are utilised to investigate the effectiveness of the improved method.
항공기 구조를 모사하여 일련의 리벳구멍을 갖는 AA2024-T3 박판 구조를 대상으로 음향방출(AE)을 이용하여 피로균열을 탐지하고, 표면초음파(SAW)를 이용하여 균열길이를 측정하였다. 누적 AE 발생수 곡선은 단균열(short crack)의 발생과 성장에 따라 일정한 간격을 두고 급격히 증가하는 계단식 형태로 나타났으나 피로균열의 성장은 지수함수적인 증가를 보였다. SAW를 이용한 균열길이 측정은 균열길이가 다른 13개의 균열에 대하여 실시하였고, 측정된 데이터를 이동식 현미경으로 측정한 결과와 비교하였다. 그 결과 1 mm 이하의 단균열의 크기를 표면초음파 방법으로 측정하는 것은 거의 불가능하였으나, 1 mm 이상의 균열에서는 비교적 높은 신뢰도로 균열길이 측정이 가능함을 확인함으로써 실용적인 측면에서 이 방법이 유효하게 사용될 수 있는 영역이 존재함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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