A local damage identification method using measured structural static displacement is proposed in this study. Based on the residual force vector deduced from the static equilibrium equation, residual strain energy (RSE) is introduced, which can localize the damage in the element level. In the case of all the nodal displacements are used, the RSE can localize the true location of damage, while incomplete displacement measurements are used, some suspicious damaged elements can be found. A model updating method based on static displacement response sensitivity analysis is further utilized for accurate identification of damage location and extent. The proposed method is verified by two numerical examples. The results indicate that the proposed method is efficient for damage identification. The advantage of the proposed method is that only limited static displacement measurements are needed in the identification, thus it is easy for engineering application.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.215-222
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2007
Coating of Hot-dip galvannealed steel consists of various Fe-Zn intermetallic compounds. Since the coating is hard and there for is very brittle, the surface of steel sheet is easy to be ruptured during second manufacturing processing. This is called as powdering. In addition, forming equipment might be polluted with debris by powdering. Therefore, various research have been carried out to prohibit powdering fur improving the quality of GA steel. This paper carried out finite element analysis combined with damage model which simulate the failure of local layer of hot-dip galvannealed steel surface during v-bending test. Since the mechanical property of intermetallic compound was unknown exactly, we used the properties calculated from measurements. The specimen was divided into substrate, coating layer and interface layer. Local failure at coating layer or interface layer was simulated when elemental strain reached a prescribed strain.
Fatigue life prediction of a multi-row countersunk riveted lap joint was performed numerically. The stress and strain conditions in a highly stressed substructure of the joint were analysed using a global/local finite element (FE) model coupling approach. After validation of the FE models using experimental strain measurements, the stress/strain condition in the local three-dimensional (3D) FE model was simulated under a fatigue loading condition. This local model involved multiple load cases with nonlinearity in material properties, geometric deformation, and contact boundary conditions. The resulting stresses and strains were used in the Smith-Watson-Topper (SWT) strain life equation to assess the fatigue "initiation life", defined as the life to a 0.5 mm deep crack. Effects of the rivet-hole clearance and rivet head deformation on the predicted fatigue life were identified, and good agreement in the fatigue life was obtained between the experimental and the numerical results. Further crack growth from a 0.5 mm crack to the first linkup of two adjacent cracks was evaluated using the NRC in-house tool, CanGROW. Good correlation in the fatigue life was also obtained between the experimental result and the crack growth analysis. The study shows that the selected methodology is promising for assessing the fatigue life for the lap joint, which is expected to improve research efficiency by reducing test quantity and cost.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.1
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pp.66-72
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2016
The aim of this paper is to investigate the characteristics of the signal of local ice load acting on side shell in the bow part due to ice broken by an icebreaker in ice-covered waters. The Korean icebreaking research vessel "ARAON" voyaged to the Arctic Ocean during the summer of 2010, and measurements of local ice load were carried out using several strain gauges. In this study, the time history of measured signals was analyzed and the characteristic values including rising time and half-decaying time were presented using non-dimensional parameters.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.1111-1129
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2014
A 9300 TEU container carrier was equipped in 2006 with instrumentation aimed at wave induced accelerations, and motions. In 2010 the system was extended with strain sensors to include structural loads. Section loads for vertical bending could be readily obtained but the originally intended derivation of horizontal bending and torsion from the measured strains was found to be unreliable. This paper addresses an alternative approach that was adopted in the post processing of results. In particular the concept to use acceleration sensors to capture global hull deformations along the length of the hull, and the use of a data fusion procedure to obtain section loads from combined sensor data and finite element calculations. The approach is illustrated by comparison of actually measured accelerations and local strains with values obtained from the data fusion model. It is concluded that the approach is promising but in need of further validation and development. In particular the number and shapes of the modes used may not have been sufficient to represent the true deflection and thus strain distributions along the high loaded areas.
This paper presents the analysis of friction master curves for a sliding elastomer on rough granite. The hysteresis friction is calculated using an analytical model that considers the energy spent during the local deformation of the rubber due to surface asperities. The adhesion friction is also considered for dry friction prediction. The viscoelastic modulus of the rubber compound and the large-strain effective modulus are obtained from dynamic mechanical analysis (DMA). We accurately demonstrate the large strain of rubber that contacts with road substrate using the GW theory. We found that the rubber block deforms approximately to 40% strain. In addition, the viscoelastic master curve considering nonlinearity (at 40% strain) is derived based on the above finding. As viscoelasticity strongly depends on temperature, it can be assumed that the influence of velocity on friction is connected to the viscoelastic shift factors gained from DMA using the time-temperature superposition. In this study, we apply these shift factors to measure friction on dry granite over a velocity range for various temperatures. The measurements are compared to simulated hysteresis and adhesion friction using the Kluppel friction theory. Although friction results in the low-speed band match well with the simulation results, there are differences in the predicted and experimental results as the velocity increases. Thus, additional research is required for a more precise explanation of the viscoelastic material properties for better prediction of rubber friction characteristics.
The objective of this study was to experimentally investigate the bond-related tension stiffening behavior of flexural reinforced concrete (RC) beams made with lightweight aggregate concrete (LWAC) under various high-cycle fatigue loading conditions. Based on strain measurements of tensile steel in the RC beams, fatigue-induced degradation of tension stiffening effects was evaluated and was, compared to reinforced normal weight concrete (NWC) beams with equal concrete compressive strengths (40 MPa). According to applied load-mean steel strain relationships, the mean steel strain that developed under loading cycles was divided into elastic and plastic strain components. The experimental results showed that, in the high-cycle fatigue regime, the tension stiffening behavior of LWAC beams was different from that of NWC beams; LWAC beams had a lesser reduction in tension stiffening due to a better bond between steel and concrete. This was reflected in the stability of the elastic mean steel strains and in the higher degree of local plasticity that developed at the primary flexural cracks.
This paper presents a method of estimation of fatigue demands on connection bolts of tubular steel wind turbine towers. The presented method relies on numerical simulation of aerodynamic loads and structural behavior of bolted connections modeled using finite element method. Variability of wind parameters is represented by a set of values derived from their probability densities, which are adjusted based on field measurements. Numerically generated stress time-series show agreement with the measurements from strain gauges inside bolts, in terms of power spectra and the resulting damage. Position of each bolt has a determining effect on its fatigue damage. The proposed framework for fatigue life estimation represents the complexities in loading and local behavior of the structure. On the other hand, the developed procedure is computationally efficient since it requires a limited number of simulations for statistically representing the wind variations.
The icebreaking research vessel (IBRV) ARAON had her second ice trial in the Arctic Ocean in the summer season of 2010. During the voyage, the local ice loads acting on the bow of the port side were measured using 14 strain gauges. These measurements were carried out in three icebreaking performance tests. To convert the measured strains into the local ice pressures, a finite element model of the instrumented area was developed. The influence coefficient method (ICM), which uses the influence coefficient from the finite element model, and the direct method, which uses the measured strain, were selected as the conversion methods. As a result, the maximum measured pressure was 1.236MPa, and the average difference between ICM and the direct method was about 5% for an area of $0.2m^2$. The pressure-area relationship of the measurement falls below the range of the existing pressure-area curve, which is due to the low ice strength of melted ice in the summer.
Multivariate statistics based damage detection algorithms employed in conjunction with novel sensing technologies are attracting more attention for long term Structural Health Monitoring of civil infrastructure. In this study, two practical data driven methods are investigated utilizing strain data captured from a 4-span bridge model by Fiber Bragg Grating (FBG) sensors as part of a bridge health monitoring study. The most common and critical bridge damage scenarios were simulated on the representative bridge model equipped with FBG sensors. A high speed FBG interrogator system is developed by the authors to collect the strain responses under moving vehicle loads using FBG sensors. Two data driven methods, Moving Principal Component Analysis (MPCA) and Moving Cross Correlation Analysis (MCCA), are coded and implemented to handle and process the large amount of data. The efficiency of the SHM system with FBG sensors, MPCA and MCCA methods for detecting and localizing damage is explored with several experiments. Based on the findings presented in this paper, the MPCA and MCCA coupled with FBG sensors can be deemed to deliver promising results to detect both local and global damage implemented on the bridge structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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