Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.425-428
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2009
This paper presents a sensitivity-based finite element (FE)-model update procedure for prestressed concrete (PSC) girder bridge model using vibration test results. Firstly, the stiffness parameters of the structure such as flexural rigidity of concrete and flexural rigidity of tendon are chosen as updating parameters. Next, the numerical frequencies of first two bending modes are calculated using a three-dimensional FE model which is established for the PSC girder. Then, the corresponding experimental frequencies which are obtained from forced vibration tests are selected. In order to perform the model update, the eigensensitivity-based method is employed. Finally, the effect of prestress-loss on the stiffness parameters is evaluated.
This paper presents an efficient method for updating the structural finite element model. Model updating is performed through minimizing the difference between the recorded acceleration of a real damaged structure and a hypothetical damaged one. This is performed by updating physical parameters (module of elasticity in this study) in each step using iterative process of modified nonlinear conjugate gradient (M-NCG) and modified Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno algorithm (M-BFGS) separately. These algorithms are based on sensitivity analysis and provide a solution for nonlinear damage detection problem. Three illustrative test examples are considered to assess the performance of the proposed method. Finally, it is demonstrated that the proposed method is satisfactory for detecting the location and ratio of structural damage in presence of noise.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.579-592
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2010
This paper presents a multi-phase model update approach for system identification of prestressed concrete (PSC) girders under various prestress forces. First, a multi-phase model update approach designed on the basis of eigenvalue sensitivity concept is newly proposed. Next, the proposed multi-phase approach is evaluated from controlled experiments on a lab-scale PSC girder for which forced vibration tests are performed for a series of prestress forces. On the PSC girder, a few natural frequencies and mode shapes are experimentally measured for the various prestress forces. The corresponding modal parameters are numerically calculated from a three-dimensional finite element (FE) model which is established for the target PSC girder. Eigenvalue sensitivities are analyzed for potential model-updating parameters of the FE model. Then, structural subsystems are identified phase-by-phase using the proposed model update procedure. Based on model update results, the relationship between prestress forces and model-updating parameters is analyzed to evaluate the influence of prestress forces on structural subsystems.
In recent years, technological developments have rapidly increased the number of complex structures and equipment in the industrial. Accordingly, the prognostics and health monitoring (PHM) technology has become significant. The safety assessment of industrial sites requires data obtained by installing a number of sensors in the structure. Therefore, digital twin technology, which forms the core of the Fourth Industrial Revolution, is attracting attention in the safety field. The research on digital twin technology of structures subjected to seismic loads has been conducted recently. Hence, this study proposes a digital twin system that estimates the responses and arbitrary load in real time by utilizing the minimum sensor to a pipe that receives a seismic and arbitrary load. To construct the digital twin system, a finite-element model was created considering the dynamic characteristics of the pipe system, and then updating the finite-element model. In addition, the calculation speed was improved using a finite-element model that applied the reduced-order modeling (ROM) technology to achieve real-time performance. The constructed digital twin system successfully and rapidly estimated the load and the point where the sensor was not attached. The accuracy of the constructed digital twin system was verified by comparing the response of the digital twin model with that derived by using the load estimated from the digital twin model as input in the finite-element model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.10
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pp.923-930
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2010
Finite element models of dynamic systems can be updated in two stages. In the first stage, mass and stiffness matrices are updated neglecting damping, and in the second stage, damping matrices are estimated with the mass and stiffness matrices fixed. Three methods to estimate damping matrices for this purpose are proposed in this paper. The methods include one for proportional damping systems and two for non-proportional damping systems. Method 1 utilizes orthogonality of normal modes and estimates damping matrices using the modal parameters extracted from the measured responses. Method 2 estimates damping matrices from impedance matrices which are the inverse of FRF matrices. Method 3 estimates damping using the equation which relates a damping matrix to the difference between the analytical and measured FRFs. The characteristics of the three methods are investigated by applying them to simulated discrete system data and experimental cantilever beam data.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.3
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pp.10-17
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2016
This paper presents a laboratory validation of a new approach for Finite Element Model Updating(FEMU) on short-span bridges by combining ambient vibration measurements with static load input-deflection output measurements. The conventional FEMU approach based on modal parameters requires the assumption on the system mass matrix for the eigen-value analysis. The proposed approach doesn't require the assumption and even provides a way to update the mass matrix. The proposed approach consists of two steps: 1) updating the stiffness matrix using the static input-deflection output measurements, and 2) updating the mass matrix using a few lower natural frequencies. For a validation of the proposed approach, Young's modulus of the laboratory model was updated by the proposed approach and compared with the value obtained from strain-stress tests in a Universal Testing Machine. Result of the conventional FEMU was also compared with the result of the proposed approach. It was found that proposed approach successfully estimated the Young's modulus and the mass density reasonably while the conventional FEMU showed a large error when used with higher-modes. In addition, the FE modeling error was discussed.
Park, Nam-Gyu;Rhee, Hui-Nam;Moon, Hoy-Ik;Jang, Young-Ki;Jeon, Sang-Youn;Kim, Jae-Ik
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.6
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pp.821-830
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2009
In this paper, modal testing and finite element modeling results to identify the modal parameters of a nuclear fuel rod as well as its cladding tube are discussed. A vertically standing full-size cladding tube and a fuel rod with lead pellets were used in the modal testing. As excessive flow-induced vibration causes a failure in fuel rods, such as fretting wear, the vibration level of fuel rods should be low enough to prevent failure of these components. Because vibration amplitude can be estimated based on the modal parameters, the dynamic characteristics must be determined during the design process. Therefore, finite element models are developed based on the test results. The effect of a lumped mass attached to a cladding tube model was identified during the finite element model optimization process. Unlike a cladding tube model, the density of a fuel rod with pellets cannot be determined in a straightforward manner because pellets do not move in the same phase with the cladding tube motion. The density of a fuel rod with lead pellets was determined by comparing natural frequency ratio between the cladding tube and the rod. Thus, an improved fuel rod finite element model was developed based on the updated cladding tube model and an estimated fuel rod density considering the lead pellets. It is shown that the entire pellet mass does not contribute to the fuel rod dynamics; rather, they are only partially responsible for the fuel rod dynamic behavior.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2000.11a
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pp.85.1-88
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2000
FRP has been used very much as high strength core materials for insulators because of its high strength and good insulation properties. In this study cantilever, tension and torsion stress were simulation along to the unidirection glass fiber. In addition, FRP was made by pultrusion method. This paper proposed the procedure of the finite element model updating and pretest using the commerical finite element code MSC.Nastran. To ehance the efficiency of experimental modal analysis, we proposed the process which is the selection of the locations and the number of measurement points for pre-test.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.05c
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pp.69-71
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2001
FRP has been used very much as high strength core materials for insulators because of its high strength and good insulation properties. In this study cantilever, tension and torsion stress were simulation along to the unidirection glass fiber. In addition, FRP was made by pultrusion method. This paper proposed the procedure of the finite element model updating and pretest using the commerical finite element code MSC.Nastran. To ehance the efficiency of experimental modal analysis. we proposed the process which is the selection of the locations and the number of measurement points for pre-test.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.85-88
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2000
FRP has been used very much as high strength core materials for insulators because of its high strength and good insulation properties. In this study cantilever, tension and torsion stress were simulation along to the unidirection glass fiber. In addition, FRP was made by pultrusion method. This paper proposed the procedure of the finite element model updating and pretest using the commercial finite element code MSC. Nastran. To enhance the efficiency of experimental modal analysis, we proposed the process which is the selection of the locations and the number of measurement points for pre-test.
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