Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.115-118
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2004
In this paper, a Fiber Bragg Grating (FBG) sensor system for smart structures is described. FBGs are well-suited for long term and extremely severe experiments, where traditional strain gauges fail. In the system, a reflect wave-length measurement method which employs a tunable light source to find out the center wave-length of FBG sensor is used. We applied the FBG system to composite repairing structures and beam column joint of building structure. We also applied the system to nuclear energy power plant for structural integrity test to measure the displacement of the structure under designed pressure and to check the elasticity of the structure by measuring the residual strain. The system works very well and it is expected that it can be used for a real-time strain, temperature and vibration detectors as parts of smart structures.
In order to do continuous health monitoring of large structures, it is necessary that the distributed sensing of strain and temperature of the structures be measured. So, we present the temperature compensation of a signal from a fiber optic BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis) sensor. A fiber optic BOTDA sensor has good performance of strain measurement. However, the signal of a fiber optic BOTDA sensor is influenced by strain and temperature. Therefore, we applied an optical fiber on the beam as follows: one part of the fiber, which is sensitive to the strain and the temperature, is bonded on the surface of the beam and another part of the fiber, which is only sensitive to the temperature, is located nearby the strain sensing fiber. Therefore, the strains can be determined from the strain sensing fiber while compensating for the temperature from the temperature sensing fiber. These measured strains were compared with the strains from electrical strain gages. After temperature compensation, it was concluded that the strains from the fiber optic BOTDA sensor had good coincidence with those values of the conventional electrical strain gages.
Arjun Siddharth Mangalasseri;Vinyas Mahesh;Sriram Mukunda;Vishwas Mahesh;Sathiskumar A Ponnusami;Dineshkumar Harursampath;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.14
no.1
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pp.27-43
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2023
This article investigates the energy harvesting characteristics of a magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam reinforced with carbon nanotubes (CNT) under transverse vibration. To this end, the well-known lumped parameter model is used to represent the coupled multiphysics problem mathematically. The proposed system consists of the MEE-CNT layer on top and an inactive substrate layer at the bottom. The substrate is considered to be made of either an isotropic or composite material. Basic laws such as Gauss's Law, Newton's Law and Faraday's Law are used to arrive at the governing equations. Surface electrodes across the beam are used to harvest the electric potential produced, together with a wound coil, for the generated magnetic potential. The influence of various distributions of the CNT and its volume fraction, substrate material, length-to-thickness ratio, and thickness ratio of substrate to MEE layer on the energy harvesting behaviour is thoroughly discussed. Further, the effect of external resistances and changes in substrate material on the response is analysed and reported. The article aims to explore smart material-based energy harvesting systems, focusing on their behaviour when reinforced with carbon nanotubes. The results of this study may lead to an improved understanding of the design and analysis of CNT-based smart structures.
In this paper, the effect of magnetic field on the vibration behavior of a Magnetorheological elastomer (MRE) sandwich MEMS actuated by electrostatic actuation with conductive skins are examined within the multiple scales (MMS) perturbation method. Magnetorheological smart materials have been widely used in vibration control of various systems due to their mechanical properties change under the influence of different magnetic fields. To investigate the vibrational behavior of the movable electrode, the Euler-Bernoulli beam theory, as well as Hamilton's principle is used to derive the equations and the related boundary conditions governing the dynamic behavior of the system are applied. The results of this study show that by placing the Magnetorheological elastomer core in the movable electrode and applying different magnetic fields on it, its natural vibrational frequency can be affected so that by increasing the applied magnetic field, the system's natural frequency increases. Also, the effect of various factors such as the electric potential difference between two electrodes, changes in the thickness of the core and the skins, electrode length, the distance between two electrodes and also change in vibration modes of the system on natural frequencies have been investigated.
Masoum M. Gharagoz;Seungho Chun;Mohamed Noureldin;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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v.51
no.2
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pp.173-183
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2024
This study investigates a new seismic retrofit system that utilizes rotational friction dampers and axial springs. The retrofit system involves a steel frame with rotational friction dampers (RFD) at beam-column joints and linear springs at the corners, providing energy dissipation and self-centering capabilities to existing structures. The axial spring acts as a self-centering mechanism that eliminates residual deformations, while the friction damper mitigates seismic damage. To evaluate the seismic performance of the proposed retrofit system, a series of cyclic loading tests were carried out on a steel beam-column subassembly equipped with the proposed devices. An analytical model was then developed to validate the experimental results. A performance point ratio (PPR) was presented to optimize the design parameters of the retrofit system, and a performance-based seismic design strategy was developed based on the PPR. The retrofit system's effectiveness and the presented performance-based design approach were evaluated through case study models, and the analysis results demonstrated that the developed retrofit system and the performance-based design procedure were effective in retrofitting structures for multi-level design objectives.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.11
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pp.1566-1573
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2016
This paper presents a beam-forming receiver with polyphase In-phase/Quadrature-phase (I/Q) network for airborne communication. In beam-forming receiver, the insertion loss (IL) difference between input path increases the receiver noise figure (NF). The major element for generating IL difference is the impedance variation of phase shifter. In order to maintain a constant IL in every phase, this paper propose a lossless polyphase I/Q network based beam-forming receiver. The proposed lossless polyphase I/Q network has low Q-factor and high impedance for drive back-end VGA (Variable gain amplifier) block with low insertion loss. The 2-stage VGA controls in-phase and quadrature-phase amplitude level for vector summation. The proposed beam-forming receiver prototype is fabricated in TSMC $0.18{\mu}m$ CMOS process. The prototype cover the $360^{\circ}$ with $5.6^{\circ}$ LSB. The average RMS phase error and amplitude error is approximately $1.6^{\circ}$ and 0.3dB.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.5
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pp.297-304
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2015
A multilayer gaseous detector has been developed for fast dose-verification measurements of raster-scan-mode therapeutic beams in particle therapy. The detector, which was constructed with eight thin parallel-plate ionization chambers (PPICs) and polymethyl methacrylate (PMMA) absorber plates, is closely tissue-equivalent in a beam's eye view. The gas-electron signals, collected on the strips and pad arrays of each PPIC, were amplified and processed with a continuous charge.integration mode. The detector was tested with 190-MeV raster-scan-mode beams that were provided by the Proton Therapy Facility at Samsung Medical Center, Seoul, South Korea. The detector responses of the PPICs for a 190-MeV raster-scan-mode proton beam agreed well with the dose data, measured using a 2D ionization chamber array (Octavius model, PTW). Furthermore, in this study it was confirmed that the detector simultaneously tracked the doses induced at the PPICs by the fast-oscillating beam, with a scanning speed of 2 m s-1. Thus, it is anticipated that the present detector, composed of thin PPICs and operating in charge.integration mode, will allow medical scientists to perform reliable fast dose-verification measurements for typical dynamic mode therapeutic beams.
In the fields of civil engineering and seismology, it is essential to detect and tracking the vibrations, and the fiber Bragg gratings (FBGs) are typically used as sensors to measure vibrations. Where, one of the most popular and detailed approaches to use FBGs as vibration sensors involves the use of cantilever beam designs, which adds a mass to measure low and moderate frequencies (from 20 Hz up to 1 kHz) with high sensitivities (greater than 10 pm/g). The design consists of a bending strain in the cantilever that is simultaneously transferred to the FBG, resulting in a shift in the wavelength that is proportional to the strain experienced by the cantilever. In this work, we present the experimental results of a vibration sensor design using a cantilever beam to generate an axial uniform strain in the FBG in-line with the vertical axis, which modifies the cantilever's natural frequency that allows the sensor to have a wide frequency broadband without losing sensitivity. This sensor achieved a sensitivity of about 339 pm/g and a natural frequency of 227.3 Hz. The presented design compared with the traditional cantilever beam-based FBG vibration sensors, has the advantages of a simple design for detection on vibration-sensitive structures and its physical parameters can be easily modified in order to satisfy the requirements of the desired vibration measurements.
This paper presents a flexibility based method for damage identification from static measurements in beam-type structures. The response of the beam at the Damaged State is decomposed into the response at the Reference State plus the response at an Incremental State, which represents the effect of damage. The damage is localized by detecting slope discontinuities in the deflection of the structure at the Incremental State. A denoising filtering technique is applied to reduce the effect of experimental noise. The extent of the damage is estimated through comparing the experimental flexural stiffness of the damaged cross-sections with the corresponding values provided by analytical models of cracked beams. The paper illustrates the method by showing a numerical example with two cracks and an experimental case study of a simply supported steel beam with one artificially introduced notch type crack at three damage levels. A Digital Image Correlation system was used to accurately measure the deflections of the beam at a dense measurement grid under a set of point loads. The results indicate that the method can successfully detect and quantify a small damage from the experimental data.
The indirect displacement estimation using acceleration and strain (IDEAS) method is extended to various types of beam structures beyond the previous validation on the prismatic or near-prismatic beams. By fusing different types of responses, the IDEAS method is able to estimate displacements containing pseudo-static components with high frequency noise to be significantly reduced. However, the concerns to the IDEAS method come from possible disagreement of the assumed sinusoidal mode shapes to the actual mode shapes, which allows the IDEAS method to be valid only for simply-supported prismatic beams and limits its applicability to real world problems. In this paper, the extension of the IDEAS method to the general types of beams is investigated by the mathematical formulation of the modal mapping matrix only for the monitored substructure, so-called monitoring span. The formulation particularly considers continuous and wide beams to extend the IDEAS method to general beam structures that reflect many real bridges. Numerical simulations using four types of beams with various irregularities are presented to show the effectiveness and accuracy of the IDEAS method in estimating displacements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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