Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.840-840
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2003
Operational Modal Analysis (OMA) is a technique for identification of modal parameters by measurement of only the system's response. On many lightweight structures, such as load-speaker cones and disk drive read/write heads, is impossible or impractical to measure the input forces. Another characteristic of lightweight structure is their sensitivity to mass loading from sensors. The Scanning Laser Doppler Vibrometry(SLDV) allows response measurements to be taken without mass loading. One disadvantage of OMA testing compared to tradition input output modal testing is the OMA mode shapes are un-scaled. This means that the mode shape obtained from an OMA test can not used for analytical structural modification studies. However, the un-scaled mode shapes from an OMA test can be used to update a Finite Element Model (FEM). The updated FEM can then be used to analytically predict the effect of structural modifications. This paper will present the results of an OMA test performed on a simple plate and motor in operating conditions. The un-scaled mode shapes from this test will be used to update a FEM model of the system. The updated FEM model will be then be used to predict the effect of attaching a mass to the plate. The shapes predicted by the FEM for the modified system will be compared to a second OMA test on the modified system
Kim, Jeong-Tae;Ho, Duc-Duy;Nguyen, Khac-Duy;Hong, Dong-Soo;Shin, Sung Woo;Yun, Chung-Bang;Shinozuka, Masanobu
Smart Structures and Systems
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v.11
no.5
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pp.533-553
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2013
In this paper, system identification of a cable-stayed bridge in Korea, the Hwamyung Bridge, is performed using vibration responses measured by a wireless sensor system. First, an acceleration based-wireless sensor system is employed for the structural health monitoring of the bridge, and wireless sensor nodes are deployed on a deck, a pylon and several selected cables. Second, modal parameters of the bridge are obtained both from measured vibration responses and finite element (FE) analysis. Frequency domain decomposition and stochastic subspace identification methods are used to obtain the modal parameters from the measured vibration responses. The FE model of the bridge is established using commercial FE software package. Third, structural properties of the bridge are updated using a modal sensitivity-based method. The updating work improves the accuracy of the FE model so that structural behaviors of the bridge can be represented better using the updated FE model. Finally, cable forces of the selected cables are also identified and compared with both design and lift-off test values.
In this paper, a theoretical and numerical study on bridge simultaneous damage detection procedure for identifying both the system parameters and input excitation mass, are presented. This method is called 'Adjoint Variable Method' which is an iterative gradient-based model updating method based on the dynamic response sensitivity. The main advantage of proposed method is inclusion of an analytical method to augment the accuracy and speed of the solution. Moving mass is a model which takes into account the inertia effects of the vehicle. This interaction model is a time varying system and proposed method is capable of detecting damage in this variable system. Robustness of proposed method is illustrated by correctly detection of the location and extension of predetermined single, multiple and random damages in all ranges of speed and mass ratio of moving vehicle. A comparison study of common sensitivity and proposed method confirms its efficiency and performance improvement in sensitivity-based damage detection methods. Various sources of errors including the effects of measurement noise and initial assumption error in stability of method are also discussed.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.712-717
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2001
In order to modify flexible mode frequencies, finite element analysis is applied for a lens-holder in pick-up actuator. Several design parameters like shape and local dimension of a lens-holder were selected adequately and sensitivities of the design variables for vibration modes were obtained by FE analysis and this result was used for updating FE model. A sensitivity matrix between the natural frequencies and the design variables was calculated by finite difference method. By comparing the calculated natural frequencies with target frequencies, modification of the design variables was acquired and used for improving FE model. Calculated natural frequencies after several iterations by FE analysis coincided with target frequencies and the errors between them were minimized.
This article presents a numerical tool for dimensioning two-threaded fasteners connecting prismatic parts subjected to fatigue tension loads that are coplanar with the screw axis. A simplified numerical model is developed from unidirectional finite elements, modeling the connected parts and screws with bent elements and the elastic contact layer between the parts with springs. An algorithm updating the contact stiffness matrix, calculating forces and displacements at each node of the structure and thus normal stresses in the screws in both static and fatigue is further developed using C language. An experimental study is also conducted in parallel with the numerical approach to validate the developed model assumptions, the numerical model and the 3D finite element results. Since stiffness values for the compressive zones in the parts are analytically difficult to determine, a statistical software method is used, from which a tuning factor is derived for identifying these stiffness values. The method is also applied to set out the influence of each parameter on the fatigue behaviour of each screw. Finally, the developed model will be used to establish a new, sophisticated, fast and accurate tool for dimensioning bolted mechanical structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.185-198
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2016
In this work, experimental errors from an impact hammer test were investigated to develop a statistic-based technique for updating a finite element model. Digital signal processing was analyzed by using theoretical models and experiments when errors occurred during the experimental procedure. First, the duration time and peak level of the excitation signal, the stiffness and position of elastic springs connecting the specimen as well as the support, position and mass of the accelerometer were considered as error factors during the experiment. Then the picket fence effect, leakage, and exponential window function were considered as candidate error factors during the digital signal processing. Finally, methods to reduce errors are suggested.
Modal parameters are widely used in bridge damage detection, finite element model (FEM) updating and design optimization. However, the conventional modal identification approaches require large number of sensors, enormous data processing workload, but normally result in mode shapes with low accuracy. This paper proposes a modal identification method of time-varying vehicle-bridge system using a single sensor. Firstly, the essential physical relationship between the instantaneous frequency of the vehicle-bridge system and the bridge mode shapes are derived. Subsequently, based on the synchroextracting transform, the instantaneous frequency of the system is tracked through the dynamic response collected by a single sensor, and further the modal parameters are estimated by using the derived physical relationship. Then numerical and experimental examples are conducted to examine the feasibility and effectiveness of the proposed method. Finally, the modal parameters identified by the proposed method are applied in bridge FEM updating. The results manifest that the proposed method identifies the modal parameters with high accuracy via a single sensor, and can provide reliable data for the FEM updating.
Kim, Chwa-Il;Wang, Se-Myung;Kang, Eui-Chul;Lee, Kwan-Heng
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1029-1034
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2004
Recent engineering process requires fast development and manufacturing of the products. This paper mainly discusses the process of rapid product development (RPD) from the reverse engineering to the optimal design. A laser scanning system scans a product and the efficient data processing method reduces the scanned point data. The reduced (scanned) points model is transformed to a finite element model without the construction of a CAD model. Since CAD modeling is a time-consuming work, skipping this step can save much time. This FE model is updated from the result based on the structural characteristics from modal test of the real model. For FE model updating, Response Surface Method is adopted. Finally, the updated FE model is optimized using the reliability-based topology optimization, which is developed recently. All these processes are applied to the design of an upper part model of a cellular phone.
This paper proposes a structural damage identification approach based on the power spectral density transmissibility (PSDT), which is developed to formulate the relationship between two sets of auto-spectral density functions of output responses. The accuracy of response reconstruction with PSDT is investigated and the damage identification in structures is conducted with measured acceleration responses from the damaged state. Numerical studies on a seven-storey plane frame structure are conducted to investigate the performance of the proposed damage identification approach. The initial finite element model of the structure and measured acceleration measurements from the damaged structure are used for the identification with a dynamic response sensitivity-based model updating method. The simulated damages can be identified accurately without and with a 5% noise effect included in the simulated responses. Experimental studies on a steel plane frame structure in the laboratory are performed to further verify the accuracy of response reconstruction with PSDT and validate the proposed damage identification approach. The locations of the introduced damage are detected accurately and the stiffness reductions in the damaged elements are identified close to the true values. The identification results demonstrated the accuracy of response reconstruction as well as the correctness and efficiency of the proposed damage identification approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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