Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.119-127
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2006
A non-destructive time domain approach to examine structural damage using parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques is presented. The time domain analysis for damage detection is independent of modal parameters and analytical models unlike frequency domain methods which generally rely on analytical models. The time history of the vibration response of the structure was used to identify the presence of damage. Damage in a structure causes changes in the physical coefficients of mass density, elastic modulus and damping coefficients. This is a part of our ongoing effort on the general problem of modeling and parameter estimation for internal damping mechanisms in a composite beam. Namely, in detecting damage through time-domain or frequency-domain data from smart sensors, the common damages are changed in modal properties such as natural frequencies, mode shapes, and mode shape curvature. This paper examines the use of beam-like structures with piezoceramic sensors and actuators to perform identification of those physical parameters, and detect the damage. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams damaged at different locations and different dimensions. It is demonstrated that the method can sense the presence of damage and obtain the position of a damage.
In this study, the effect of Nano silica (SiO2) on the buckling strength of the glass fiber reinforced laminates containing the machining process causes holes were investigated. The tests have been applied on two status milled and non-milled. To promote the mechanical behavior of the fiber-reinforced glass epoxy-based composites, Nano sio2 was added to the matrix to improve and gradation. Nano sio2 is chosen because of flexibility and high mechanical features; the effect of Nanoparticles on surface serenity has been studied. Thus the effect of Nanoparticles on crack growth and machining process and delamination caused by machining has been studied. We can also imply that many machining factors are essential: feed rate, thrust force, and spindle speed. Also, feed rate and spindle speed were studied in constant values, that the thrust forces were studied as the main factor caused residual stress. Moreover, entrance forces were measured by local calibrated load cells on machining devices. The results showed that the buckling load of milled laminates had been increased by about 50% with adding 2 wt% of silica in comparison with the neat damaged laminates while adding more contents caused adverse effects. Also, with a comparison of two milling tools, the cylindrical radius-end tool had less destructive effects on specimens.
The wheelsets are one of most important component: damages in wheel tread and press fitted axle are a significant cost for railway industry. Since failure in railway wheelset can cause a disaster, regular inspection of defects in wheels and axles are mandatory. Ultrasonic testing, acoustic emission and eddy current testing method and so on regularly check railway wheelset in service. However, it is difficult to use this method because of its high viscosity and because its sensitivity is affected by temperature. Also, due to noise echoes it is difficult to detect defects initiation clearly with ultrasonic testing. It is necessary to develop a non-destructive technique that is superior to conventional NDT techniques in order to ensure the safety of railway wheelset. In the present paper, the new NDT technique is applied to the detection of surface defects for railway wheelset. To detect the defects for railway wheelset, the sensor for defect detection is optimized and the tests are carried out with respect to surface and internal defects each other. The results show that the surface crack depth of 1.5 mm in press fitted axle and internal crack in wheel could be detected by using the new method. The ICFPD method is useful to detect the defect that initiated in the tread of railway wheelset.
The studies on the non-destructive testing methods of the composite materials are very important for improving their reliability and safety. AE(Acoustic Emission) can evaluate the defects by detecting the emitting strain energy when elastic waves are generated by the generation and growth of a crack, plastic deformation, fiber breakage, matrix cleavage or delamination. In this paper, the AE signals of the filament wound composite cylinder and sandwich cylinder during the pressure test were measured and analyzed. The signal characteristics of PVDF sensors were measured, and an AE signal analyzer which had the band-pass filter and L-C resonance filter were designed and fabricated. Also, the crack detection capability of the fabricated AE signal analyzer wes evaluated during the pressure tests of the filament wound composite cylinder and the sandwich cylinder.
A bendable electronic module has been developed for a mobile application by using a low-cost roll-to-roll manufacturing process. In flexible embedded electronic module, a thin silicon chip was embedded in a polymer-based encapsulating adhesive between flexible copper clad polyimide layers. To confirm reliability and durability of prototype bendable module, the following tests were conducted: Moisture sensitivity level, thermal shock test, high temperature & high humidity storage test, and pressure cooker tester. Those experiments to induce failure of the module due to temperature variations and moisture are the experiment to verify the reliability. Failure criterion was 20% increase in bump resistance from the initial value. The mechanism of the increase of the bump resistance was analyzed by using non-destructive X-ray analysis and scanning acoustic microscopy. During the pressure cooker test (PCT), delamination occurred at the various interfaces of the bendable embedded modules. To investigate the failure mechanism, moisture diffusion analysis was conducted to the pressure cooker's test. The hygroscopic characteristics of the encapsulating polymeric materials were experimentally determined. Analysis results have shown moisture saturation process of flexible module under high temperature/high humidity and high atmosphere conditions. Based on these results, stress factor and failure mechanism/mode of bendable embedded electronic module were obtained.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.5
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pp.73-82
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2004
This paper presents the study on damage diagnosis of an intelligent cantilevered beams using PZT actuator and PVDF sensor This study provides the theoretical and experimental verification to examine structural damage. Time domain analysis for the non-destructive detection of damage is presented by parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques. The time histories of the vibration response of structure were used to identify the presence of damage. Furthermore, this systematic approach permits one to use the piezomaterials to both excite and sense the vibration of structures. We also carried out the experimental verification about reliability of theoretical methods fur detecting the damage of a composite beam with PZT actuator and PVDF sensor. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams which is damaged at different location and different dimensions. The results were compared with the simulation results. Good agreement between the results was found for the time shifts and amplitude difference in transients response of the cantilevered beam.
This paper proposes a thermography-based coating thickness estimation method for steel structures using model-agnostic meta-learning. In the proposed method, a halogen lamp generates heat energy on the coating surface of a steel structure, and the resulting heat responses are measured using an infrared (IR) camera. The measured heat responses are then analyzed using model-agnostic meta-learning to estimate the coating thickness, which is visualized throughout the inspection surface of the steel structure. Current coating thickness estimation methods rely on point measurement and their inspection area is limited to a single point, whereas the proposed method can inspect a larger area with higher accuracy. In contrast to previous ANN-based methods, which require a large amount of data for training and validation, the proposed method can estimate the coating thickness using only 10- pixel points for each material. In addition, the proposed model has broader applicability than previous methods, allowing it to be applied to various materials after meta-training. The performance of the proposed method was validated using laboratory-scale and field tests with different coating materials; the results demonstrated that the error of the proposed method was less than 5% when estimating coating thicknesses ranging from 40 to 500 ㎛.
NDT(Non-Destructive Testing Evaluation) using electromagnetic(EM) properties can be used for evaluation of physical performance in cement-based materials. In this study, a technique for strength evaluation in cement mortar is proposed through the measured EM properties(conductivity and dielectric constant). For this research, cement mortar specimens with 5 W/C ratios are made for evaluation of compressive strength and they are also utilized for tests of EM properties in the range of $0.2{\sim}20GHz$ frequency considering exposure condition and curing period. The averaged conductivity and dielectric constant in $5{\sim}20GHz$ frequency are reduced to $83{\sim}93%$ and $81{\sim}87%$, respectively with increasing water to cement ratios. Through the linear regression analysis, relationships between EM properties and results from the compressive strength are obtained, which shows higher correlated factor($0.93{\sim}0.94$) in the specimens exposed to room condition. The gradients in dielectric constant for strength results is measured to be higher than those in conductivity by $3.9{\sim}5.1$ times. The results from dielectric constant in room condition shows the most efficient relation for evaluation of strength.
Kim, Sang Yun;Kwon, Dae Hong;Yoo, Suk Hyeong;Noh, Sam Young;Shin, Sung Woo
KIEAE Journal
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v.7
no.4
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pp.147-152
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2007
Numerous non-destructive tests(NDT) to assess the safety of real structures have been developed. System identification(SI) techniques using dynamic responses and behaviors of structural systems become an outstanding issue of researchers. However the conventional SI techniques are identified to be non-practical to the complex and tall buildings, due to limitation of the availability of an accurate data that is magnitude or location of external loads. In most SI approaches, the information on input loading and output responses must be known. In many cases, measuring the input information may take most of the resources, and it is very difficult to accurately measure the input information during actual vibrations of practical importance, e.g., earthquakes, winds, micro seismic tremors, and mechanical vibration. However, the desirability and application potential of SI to real structures could be highly improved if an algorithm is available that can estimate structural parameters based on the response data alone without the input information. Thus a technique to estimate structural properties of building without input measurement data and using limited response is essential in structural health monitoring. In this study, shaking table tests on three-story plane frame steel structures were performed. Out-put only model analysis on the measured data was performed, and the dynamic properties were inverse analyzed using least square method in time domain. In results damage detection was performed in each member level, which was performed at story level in conventional SI techniques of frequency domain.
Elastic wave is one of the most useful tools for non-destructive tests in nuclear power plants. Since the elastic properties are indispensable for analyzing the behaviors of elastic waves, they should be predetermined within an acceptable accuracy. Nuclear power plants are exposed to harsh environmental conditions and hence the structures are degraded. It means that the Young's modulus becomes unreliable and in-situ measurement of Young's modulus is required from an engineering point of view. Young's modulus is estimated from the group velocity of propagating waves. Because the flexural wave of a plate is inherently dispersive, the group velocity is not clearly evaluated in temporal signal analysis. In order to overcome such ambiguity in estimation of group velocity, Wigner-Ville distribution as the time-frequency analysis technique was proposed and utilized. To verify the proposed method, experiments for steel and acryl plates were performed with accelerometers. The results show good estimation of the Young's modulus of two plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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