This study investigates the identification of added mass and its location in the glass fiber reinforced polymer (GFRP) beam structures. The main emphasis of this paper is to ascertain the importance of inclusion of rotational degrees of freedom (dofs) in the introduction of added mass or damage identification. Two identification indices that include the rotational dofs have been introduced in this paper: the modal force index (MFI) and the modal rotational curvature index (MRCI). The MFI amplifies damage signature using undamaged numerical stiffness matrix which is related to changes in the altered mode shapes from the original mode shapes. The MRCI is obtained by using a higher derivative of rotational mode shapes. Experimental and numerical results are compared with the existing methods leading to a conclusion that the contributions of the rotational modes play a key role in the identification of added mass. The authors believe that the similar results are likely in the case of damage identification also.
3 DOFs model for the collision analysis of a bridge super-structure and a super-structure of the navigating vessels were proposed and analyzed. The collision event between the super-structure of vessel and the super-structure of bridge are different from the normal collision event that collided at sub-structure of bridge. Because of its moment arm, the stability force of vessel could affect to the collision behaviors. To consider this effect, 3 DOFs model including two translation DOFs and one rotational DOF were introduced. The restoration forces of the collision system were considered as nonlinear springs. The equations of motion were derived if form of differential equations and numerically solved by 4th order Runge-Kutta method. The accuracy and the feasibility of this model were verified by the numerical example with parameter of moment arm length.
In this paper a new multi-step damage detection approach is provided. In the first step, condensed modal residual vector based indicator (CMRVBI) has been proposed to locate the suspected damaged elements of structures that have rotational degrees of freedom (DOFs). The CMRVBI is a new indicator that uses only translational DOFs of the structures to localize damaged elements. In the next step, salp swarm algorithm is applied to quantify damage severity of the suspected damaged elements. In order to assess the performance of the proposed approach, a numerical example including a three-layer square laminated composite plate is studied. The numerical results demonstrated that the proposed CMRVBI is effective for locating damage, regardless of the effect of noise. The efficiency of proposed approach is also compared during both steps. The results demonstrate that in noisy condition, the damage identification approach is capable for the studied structure.
A challenging issue in design and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system is to determine where a number of sensors are properly installed. In this paper, research on the optimal sensor placement (OSP) is carried out on the Canton Tower (formerly named Guangzhou New Television Tower) of 610 m high. To avoid the intensive computationally-demanding problem caused by tens of thousands of degrees of freedom (DOFs) involved in the dynamic analysis, the three dimension finite element (FE) model of the Canton Tower is first simplified to a system with less DOFs. Considering that the sensors can be physically arranged only in the translational DOFs of the structure, but not in the rotational DOFs, a new method of taking the horizontal DOF as the master DOF and rotational DOF as the slave DOF, and reducing the slave DOF by model reduction is proposed. The reduced model is obtained by IIRS method and compared with the models reduced by Guyan, Kuhar, and IRS methods. Finally, the OSP of the Canton Tower is obtained by a kind of dual-structure coding based generalized genetic algorithm (GGA).
When a building suffers damages under moderate to severe loading condition, its physical properties such as damping and stiffness parameters will change. There are different practical methods besides various numerical procedures that have successfully detected a range of these changes. Almost all the previous proposed methods used to work with translational components of mode shapes, probably because extracting these components is more common in vibrational tests. This study set out to investigate the influence of using both rotational and translational components of mode shapes, in detecting damages in 3-D steel structures elements. Three different sets of measured components of mode shapes are examined: translational, rotational, and also rotational/translational components in all joints. In order to validate our assumptions two different steel frames with three damage scenarios are considered. An iterative model updating program is developed in the MATLAB software that uses the OpenSees as its finite element analysis engine. Extensive analysis shows that employing rotational components results in more precise prediction of damage location and its intensity. Since measuring rotational components of mode shapes still is not very convenient, modal dynamic expansion technique is applied to generate rotational components from measured translational ones. The findings indicated that the developed model updating program is really efficient in damage detection even with generated data and considering noise effects. Moreover, methods which use rotational components of mode shapes can predict damage's location and its intensity more precisely than the ones which only work with translational data.
In this paper, a new technique which models the joints characteristics through reduction of DOFs of structures with joints using component mode synthesis (CMS) method is proposed. Bolt joints are modeled by mass-spring systems. Also generalized mass and stiffness matrices for this models are introduced. Because bolt joints have influence on eigenvalues of structures, exact eigenvalues from modal test are used. The results show that the behaviors of structures with bolt joints depend to a large extent on the translational DOFs and not on rotational DOFs of mass and stiffness matrices of bolts. Furthermore it is confirmed that lumped mass-spring systems as models of bolt joints are effective models considering the facts that joint characteristics converged to constant values in some iterations and eignevalues from proposed method are in good agreement with ones from modal test.
측정데이타를 유한요소모델과 같은 해석적모델과 결합하여 시스템규명기법(S.I.)을 적용하는데는 많은 문제점이 수반되며 그중 주요한 요인은 해석적모델과 실측데이타간의 자유도수의 차이이다. 일반적으로 해석적모델은 많은 수의 자유도를 지니는 반면 현장에서 측정할 수 있는 자유도는 매우 제한되어 이들을 결합하는데는 많은 문제점이 발생하고 또한 회전자유도의 경우에는 매우 측정하기 힘든 현실적 문제를 야기하고 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 센서를 설치하기 용이한 부분의 실측데이타와 구조계의 해석적모델을 결합하여 측정하지 못한 구조계의 동적응답을 추정하는 상태추정기법을 주파수영역에서 제시하였다. 이동하중을 받는 보의 동적거동에 대하여 부분적 변위데이타로부터 보의 중앙점에서의 동적변위 및 회전변위를 예측하는 시뮬레이션을 수행하여 제시된 방법의 타당성을 검증하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권3호
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pp.414-424
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2017
This paper introduces an experimental device which can measure accurate aerodynamic forces without support interference in wide experimental region for wind tunnel test of micro aerial vehicles (MAVs). A stereo pattern recognition (SPR) method was introduced to a magnetic suspension and balance system (MSBS), which can eliminate support interference by levitating the experimental model, to establish wider experimental region; thereby MSBS-SPR integrated system was developed. The SPR method is non-contact, highly accurate three-dimensional position measurement method providing wide measurement range. To evaluate the system performance, a series of performance evaluations including SPR system measurement accuracy and 6 degrees of freedom (DOFs) position/attitude control of the MAV model were conducted. This newly developed system could control the MAV model rapidly and accurately within almost 60mm for translational DOFs and 40deg for rotational DOFs inside of $300{\times}300mm$ test section. In addition, a static wind tunnel test was conducted to verify the aerodynamic force measurement capability. It turned out that this system could accurately measure the aerodynamic forces in low Reynolds number, even for the weak forces which were hard to measure using typical balance system, without making any mechanical contact with the MAV model.
This paper presents systematic study of the experimental application of a free-interfaced component mode synthesis method. In the free-interfaced component mode synthesis method, an error the to truncated higher modes and neglected ineria loadings on a component from the connected component is inherent. Also, it is difficult to directly use experimental modal data in a modal synthesis method which links experimental model to finite-element model because of many inconsistencies between experimentally obtained and analytically obtained modal vectors and missing degrees-of-freedom (DOFs) such as rotational DOFs. In order to solve these problems, three methods, the first one based on attaching auxiliary weights to the connection points, the second one utillizing the normalization of experimental modal vector, and the third one generating smoothed and expanded experimental mode shapes, are studied in this paper. Finally, the study is illustrated for a flat-plate structure by using simulated and measured experimental data.
This paper is concerned with the change of joint rigidity in estimating the degree of semi-rigidity of connections and the buckling load in a single layer latticed dome. The estimations are based on information about the ratio for the rotational stiffness of the connection to the flexural stiffness of the member and the minimum eigenvalue of a structure for pinned, semi-rigid and completely rigid cases, respectively. Connection characteristics are reflected in the ratio control of joint rigidity for the DOFs to be related using the spring element by FEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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