Shin, Sang-Joon;Cesnik Carlos E. S.;Hall Steven R.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제5권1호
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pp.24-34
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2007
Closed-loop active twist control of integral helicopter rotor blades is investigated in this paper for reducing hub vibration induced in forward flight. A four-bladed fully articulated integral twist-actuated rotor system has been designed and tested successfully in wind tunnel in open-loop actuation. The integral twist deformation of the blades is generated using active fiber composite actuators embedded in the composite blade construction. An analytical framework is developed to examine integrally twisted helicopter blades and their aeroelastic behavior during different flight conditions. This aeroelastic model stems from a three-dimensional electroelastic beam formulation with geometrical-exactness, and is coupled with finite-state dynamic inflow aerodynamics. A system identification methodology that assumes a linear periodic system is adopted to estimate the harmonic transfer function of the rotor system. A vibration minimizing controller is designed based on this result, which implements a classical disturbance rejection algorithm with some modifications. Using the established analytical framework, the closed-loop controller is numerically simulated and the hub vibratory load reduction capability is demonstrated.
This study reports the details of the finite element analysis of eleven shear critical partially prestressed concrete T-beams having steel fibers over partial or full depth. Prestressed concrete T-beams having a shear span to depth ratio of 2.65 and 1.59 and failing in the shear have been analyzed using 'ANSYS'. The 'ANSYS' model accounts for the nonlinear phenomenon, such as, bond-slip of longitudinal reinforcements, post-cracking tensile stiffness of the concrete, stress transfer across the cracked blocks of the concrete and load sustenance through the bridging of steel fibers at crack interface. The concrete is modeled using 'SOLID65'-eight-node brick element, which is capable of simulating the cracking and crushing behavior of brittle materials. The reinforcements such as deformed bars, prestressing wires and steel fibers have been modeled discretely using 'LINK8' - 3D spar element. The slip between the reinforcement (rebar, fibers) and the concrete has been modeled using a 'COMBIN39'-non-linear spring element connecting the nodes of the 'LINK8' element representing the reinforcement and nodes of the 'SOLID65' elements representing the concrete. The 'ANSYS' model correctly predicted the diagonal tension failure and shear compression failure of prestressed concrete beams observed in the experiment. The capability of the model to capture the critical crack regions, loads and deflections for various types of shear failures in prestressed concrete beam has been illustrated.
Non-destructive inspection techniques using laser have been broading their application areas as well as growing their measurement skills together with the rapid development of circumferential technology like fiber optics, computer and image processing. The ESPI technique is already on the stage of on-line testing with commercial products in developed country nations. Especially, this technique is expected to be applied to the nuclear industry, automobile and aerospace because it is proper for the vibration measurement and it can be applied to objects of a high temperature. This paper describes the use of the ESPI system for measuring vibration patterns on the reflecting objects. Using this system, high-quality Jo fringes for identifying mode shapes are displayed. A bias vibration is introduced into the reference beam to shift the Jo fringes so that fringe shift algorithms can be used to determine vibration amplitude. Using this method, amplitude fields for vibrating objects were obtained directly from the time-average interferograms recorded by the ESPI system.
In order to investigate the characteristics of the plasma induced by lap-joint CO$_2$ laser welding of automotive steel sheets, the effects of welding speed, shield gas flow rate, gap size, and laser beam defocus to plasma intensity emitted from keyhole have been investigated. The plasma light is measured by fiber and photodiode. Also, the plasma images were captured by the high speed digital camera in 1000frames/sec in order to correlate the plasma light signal with plasma pattern. From the results, it is observed that the difference of the plasma intensity for between the deep penetration and partial penetration exists from 1.2 to 2 times. The plasma light intensity decreased in case of the deep penetration Is observed due to the exhausting of the plasma gas under the sheet. On the other hand, under the conditions of the deep penetration, the plasma intensity is significantly increased by controling the conditions decreasing the penetration depth. It was specially founded that the effect of 0.3mm gap size at partial penetration condition is approximately similar to deep penetration in 0mm gap. It is concluded that the plasma intensity is able to evaluate the penetration depth in lap-joint welding and appears to offer the most straightforward correlation to the welding process.
A number of acceleration-based damage detection methods have been developed but they have not been widely applied in engineering practices because the acceleration response is insensitive to minor damage of civil structures. In this article, a damage detection approach using the long-gauge strain sensing technology and the principle component analysis technology is proposed. The Long gauge FBG sensor has its special merit for damage detection by measuring the averaged strain over a long-gauge length, and it can be connected each other to make a distributed sensor network for monitoring the large-scale civil infrastructure. A new damage index is defined by performing the principle component analyses of the long-gauge strains measured from the intact and damaged structures respectively. Advantages of the long gauge sensing and the principle component analysis technologies guarantee the effectiveness for structural damage localization. Examples of a simple supported beam and a steel stringer bridge have been investigated to illustrate the successful applications of the proposed method for structural damage detection.
Gholami, M.;Sam, A.R. Mohd;Marsono, A.K.;Tahir, M.M.;Faridmehr, I.
Steel and Composite Structures
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제20권5호
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pp.999-1022
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2016
The use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) to strengthen steel structures has attracted the attention of researchers greatly. Previous studies demonstrated bonding of CFRP plates to the steel sections has been a successful method to increase the mechanical properties. However, the main limitation to popular use of steel/CFRP strengthening system is the concern on durability of bonding between steel and CFRP in various environmental conditions. The paper evaluates the performance of I-section steel beams strengthened with pultruded CFRP plate on the bottom flange after exposure to diverse conditions including natural tropical climate, wet/dry cycles, plain water, salt water and acidic solution. Four-point bending tests were performed at specific intervals and the mechanical properties were compared to the control beam. Besides, the ductility of the strengthened beams and distribution of shear stress in adhesive layer were investigated thoroughly. The study found the adhesive layer was the critical part and the performance of the system related directly to its behavior. The highest strength degradation was observed for the beams immersed in salt water around 18% after 8 months exposure. Besides, the ductility of all strengthened beams increased after exposure. A theoretical procedure was employed to model the degradation of epoxy adhesive.
Yielding of the internal steel reinforcement is an important mechanism that influences the Intermediate Crack-induced debonding (IC debonding) behavior in FRP-strengthened RC members since the FRP is required to carry additional forces beyond the condition of steel yielding. However, rational design practice dictates an appropriate limit state is defined when steel yielding is assured prior to FRP debonding. This paper proposes a criterion which correlates the occurrence of IC debonding to the formulation of a critical steel yielding length. Once this length is exceeded the average bond stress in the FRP/concrete interface exceeds its threshold value, which proves to correlate with the average bond resistance in an FRP/concrete joint under simple shear loading. This proposed IC debonding concept is based on traditional sections analysis which is conventionally applied in design practice. Hence complex bond stress-slip analyses are avoided. Furthermore, the proposed model incorporates not only the bond properties of FRP/concrete interface but also the beam geometry, and properties of steel and FRP reinforcement in the analysis of IC debonding strength. Based upon a solid database, the validity of the proposed simple IC debonding criterion is demonstrated.
This study examines a non-contact laser scanning-based ultrasound system, called an angular scan pulse-echo ultrasonic propagation imager (A-PE-UPI), that uses coincided laser beams for ultrasonic sensing and generation. A laser Doppler vibrometer is used for sensing, while a diode pumped solid state (DPSS) Q-switched laser is used for generation of thermoelastic waves. A high-speed raster scanning of up to 10-kHz is achieved using a galvano-motorized mirror scanner that allows for coincided sensing and for the generation beam to perform two-dimensional scanning without causing any harm to the surface under inspection. This process allows for the visualization of longitudinal wave propagation through-the-thickness. A pulse-echo ultrasonic wave propagation imaging algorithm (PE-UWPI) is used for on-the-fly damage visualization of the structure. The presented system is very effective for high-speed, localized, non-contact, and non-destructive inspection of aerospace structures. The system is tested on an aluminum honeycomb sandwich with disbonds and a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) honeycomb sandwich with a layer overlap. Inspection is performed at a 10-kHz scanning speed that takes 16 seconds to scan a $100{\times}100mm^2$ area with a scan interval of 0.25 mm. Finally, a comparison is presented between angular-scanning and a linear-scanning-based pulse-echo UPI system. The results show that the proposed system can successfully visualize defects in the inspected specimens.
The goal of this research is to implement a PC-based remote control system of ion implanter using Visual Basic programming. Presently, skilled process engineers are required to regularly setup and adjust implanter parameters. Any reduction in the number of production hours devoted to ion beam implanter setup or recalibration after a species change would represent substantial improvements in both manpower and equipment utilization. An optical communication system for the remote control and telemetry in the operation of the 50kev potential was designed and constructed. This system enables continuous and safe operation of the ion implanter and can be the basis for the automation. The isolation characteristics of optical fiber were 10kV/cm, and performance tests of the system under the intense noise environment during the implanter operations showed satisfactory results. This system is designed to completely replace the existing human-machine interface with many new functions. This paper describes the important components of the system including system architecture and software development. It is expected that this system can be used for the communication and control purpose in the high noise environments such as the operation of the MeV energy implanter or other high power, high noise systems.
This paper presents a new simple two-dimensional frame finite element able to accurately estimate the load-carrying capacity of reinforced concrete beams flexurally strengthened externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) strips and plates. The proposed analysis model considers distributed plasticity with layer-discretization of the cross-sections and the bond-slip behavior of epoxy layer. The proposed model is used to predict the load-carrying capacity and the applied load-midspan deflection response of RC beams subjected to bending loading. Numerical simulations and experimental measurements are compared based on numerous tests available in the literature and published by different authors. The numerically simulated response agree remarkably well with the corresponding experimental results. Thus, the proposed model is suitable for efficient and accurate modeling and analysis of flexural strengthening of RC beams with externally bonded FRP sheets/plates and for practical use in design-oriented parametric studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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