Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.163-166
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2000
Fiber Bra99 grating (FBG) sensor, one of the fiber optic sensor (FOS) offers lots of advantages for structural health monitoring due to its multiplexing capability. Also, it is proper to measure the structural vibration with no mass concentration effect. In this paper, we constructed two sensor arrays composed of 9 FBG sensors for the vibration and mode sensing of a composites beam. For an accurate measurement of wavelength shift, a signal processing board with an electric circuit based on time-interval counting was developed. This sensor system showed a good resolution of dynamic strain (<10${\mu}{\varepsilon}$). Using this sensor system, dynamic strains at 9 points of composite beam was measured and strain measured mode shape of the beam was calculated from the acquired strains and compared with numerical results by ABAQUS.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.507-515
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2008
In this study, a method predicting the displacement response of structures from the measured dynamic strain signal is proposed by using mode decomposition technique. Evaluation of bridge stability is normally focused on the bridge completed. However, dynamic loadings including wind and seismic loadings could be exerted to the bridge under construction. In order to examine the bridge stability against these dynamic loadings, the prediction of displacement response is very important to evaluate bridge stability. Because it may be not easy for the displacement response to be acquired directly on site, an indirect method to predict the displacement response is needed. Thus, as an alternative for predicting the displacement response indirectly, the conversion of the measured strain signal into the displacement response is suggested, while the measured strain signal can be obtained using fiber optic Bragg-grating (FBG) sensors. As previous studies on the prediction of displacement response by using the FBG sensors, the static displacement has been mainly predicted. For predicting the dynamic displacement, it has been known that the measured strain signal includes higher modes and then the predicted dynamic displacement can be inherently contaminated by broad-band noises. To overcome such problem, a mode decomposition technique was used. Mode decomposition technique estimates the displacement response of each mode with mode shape estimated to use POD from strain signal and with the measured strain signal decomposed into mode by EMD. This is a method estimating the total displacement response combined with the each displacement response about the major mode of the structure. In order to examine the mode decomposition technique suggested in this study model experiment was performed.
The circles deform into various shape during deformation, the major and minor axes of which indicate the direction of the major and minor principal strains. Likewise, the measured dimensions are used to determine the major and minor principal strain magnitudes. This circular grid technique of measuring strains can be used to diagnose the causes of necking and fracture in industrial practice and to investigate whether these defects were caused by material property variation, changes in lubrication, of incorrect press settings. In non-axisymmetric deep drawing, three modes of forming regimes are found: draw, stretch, plane strain. The stretch mode for non-axisymmetric deep drawing could be defined when the major and minor strains are positive. The draw mode could be defined when the major strain is positive and minor strain is negative, and plane strain mode could be defined when the major strain is positive and minor strain is zero. Through experiments the draw mode was shown on the wall and flange are one of a drawn cup, while the plane strain and the stretch mode were on the punch head and the punch corner area respectively, We observed that the punch load of elliptical deep drawing was decreased according to increase of die corner radius and the thickness deformation of minor side was more large than major side.
High strength steels are widely used as tribo-materials in the field. Previous study revealed that for mild steel, the states of strain on the worn surface measured by X-ray diffraction has a good relationship with the state of wear. The objective of this study is to identify the relationship between the state of strain on the worn surface and the state of wear in high strength steels. Sliding wear tests were carried out using several hardened steels. X-ray diffraction tests were conducted to analyze the state of strain on the worn surface during wear. The experimental results indicated that the state of strain on worn surface in the hardened steel shows the same tendency as in the mild steel. It is clear that change of half value width on the worn surface as a function of sliding speeds is broadly similar in shape to wear characteristics curve and its magnitude has a good relationship with the wear rate at two different wear modes in the hardened steel.
Gambaryan, Karen M.;Aroutiounian, Vladimir M.;Simonyan, Arpine K.;Ai, Yuanfei;Ashalley, Eric;Wang, Zhiming M.
Advances in nano research
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v.2
no.4
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pp.211-217
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2014
The self-assembled strain-induced sub-micrometric islands and nanostructures are grown from In-As-Sb-P quaternary liquid phase on InAs (100) substrates in Stranski-Krastanow growth mode. Two samples are under consideration. The first sample consists of unencapsulated islands and lens-shape quantum dots (QDs) grown from expressly inhomogeneous liquid phase. The second sample is an n-InAs/p-InAsSbP heterostructure with QDs embedded in the p-n junction interface. The morphology, size and shape of the structures are investigated by high-resolution scanning electron (SEM) and transmission electron (TEM) microscopy. It is shown that islands, as they decrease in size, undergo shape transitions. Particularly, as the volume decreases, the following succession of shape transitions are detected: sub-micrometric truncated pyramid, {111} facetted pyramid, {111} and partially {105} facetted pyramid, completely unfacetted "pre-pyramid", hemisphere, lens-shaped QD, which then evolves again to nano-pyramid. A critical size of $5{\pm}2nm$ for the shape transformation of InAsSbP-based lens-shaped QD to nano-pyramid is experimentally measured and theoretically evaluated.
Damage detection based on measured vibration data has received intensive studies recently. Frequently, the damage to a structure may be reflected by a change of some system parameters, such as a degradation of the stiffness. In this paper, we apply a method to nondestructively locate and estimate the severity of damage in corrosion pipeline for which a few natural frequencies or mode shapes are available. The method is based on the strain modal sensitivity ratio (SMSR) and the orthogonality conditions sensitivities (OCS) applied to vibration features identified during the monitoring of the pipeline. The advantage of these methods is that it only requires measuring few modal parameters. The SMSR-based and OCS-based damage detection methods are illustrated using computer-simulated and laboratory testing data. The results show that the current method provides a precise indication of both the location and the extent of corrosion pipeline.
Kim, Jeong-Tae;Park, Jae-Hyung;Yoon, Han-Sam;Yi, Jin-Hak
Smart Structures and Systems
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v.3
no.3
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pp.263-280
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2007
In this paper, an improved GA-based damage detection algorithm using a set of combined modal features is proposed. Firstly, a new GA-based damage detection algorithm is formulated for beam-type structures. A schematic of the GA-based damage detection algorithm is designed and objective functions using several modal features are selected for the algorithm. Secondly, experimental modal tests are performed on free-free beams. Modal features such as natural frequency, mode shape, and modal strain energy are experimentally measured before and after damage in the test beams. Finally, damage detection exercises are performed on the test beam to evaluate the feasibility of the proposed method. Experimental results show that the damage detection is the most accurate when frequency changes combined with modal strain-energy changes are used as the modal features for the proposed method.
Choi, Eun Soo;Kang, Dong Hoon;Chung, Won Seok;Kim, Hak Soo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.4
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pp.503-514
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2006
FBG sensors are capable of measuring the strain of structures easily and more durably than electric resistance gauges. Thus, many researches are dedicated to the application for the response monitoring or non-destructive evaluation of structures using FBG sensors. Additionally, the measured strains at the top and bottom of a cross-section can be transformed into the curvature of the section, which can be used to calculate its vertical displacement. Hence, this study aims to measure the dynamic strain signals of a steel section simply supported beam and to estimate the dynamic displacement from the strain signals, after which the estimated displacement is com pared with the measured displacement. The dynamic characteristics (natural frequency, damping ratio and mode shape) of the beam are predicted from both the estimated and measured displacement signals, and from the strain time history of the FBG sensors. The predicted properties are compared with those of an analytical model of the beam. The estimated displacement. However, the predicted dynamic properties from both the estimated displacements and the measured strains are well-correlated with those from the measured displacement. It is therefore appreciated that the estimation of the dynamic properties of FBG sensor signals is reasonable. Especially, the strain signal of the FBG sensor was amplified at a higher-frequency region in comparison with the displacement estimation with higher-mode properties.
Arefi, Shahin Lale;Gholizad, Amin;Seyedpoor, Seyed Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.25
no.1
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pp.1-22
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2020
The modal strain energy method is one of the efficient methods for detecting damage in the structures. Due to existing some limitations in real-world structures, sensors can only be located on a limited number of degrees of freedom (DOFs) of a structure. Therefore, the mode shape values in all DOFs of structures cannot be measured. In this paper, a modified modal strain energy based index (MMSEBI) is introduced to locate damaged elements of structures when a limited number of sensors are used. The proposed MMSEBI is based on the reconstruction of mode shapes using Improved Reduction System (IRS) method. Therefore, in the first step by employing IRS method, mode shapes in slave degrees of freedom are estimated by those of master degrees of freedom. In the second step, the proposed MMSEBI is used to located damage elements. In order to evaluate the efficiency of the proposed method, two numerical examples are considered under different damage patterns considering the measurement noise. Moreover, the universal threshold based on statistical hypothesis testing principles is applied to damage index values. The results show the effectiveness of the proposed MMSEBI for the structural damage localization when comparing with the available damage index named MESBI. The results demonstrate that the presented method can be used as a practical strategy for structural damage identification, especially when a limited number of sensors are installed on the structure. Finally, the combination of MMSEBI and IRS method can provide a reliable tool to identify the location of damage accurately.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.135-139
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2001
This paper describes a string resonator that is used for the interrogation system of a Fiber Bragg Grating(FBG) strain sensor. The strain on the fiber piece is calculated from the measured frequency based on that the natural frequency of a string is a function of the applied absolute strain. Existing research considered a fiber as a string, but a fiber is not a string in the strict sense due to its bending stiffness, thus the fiber should be modeled as a beam accompanied with an axial force. In the vibration modeling, the relationship between the strain and the natural frequency is derived, and then the resonance condition is described in terms of both the phase and the mode shape for sustaining resonant motion. Several experiments verify the effectiveness of the proposed model of the fiber. The performance of the string resonator is analyzed by measuring the frequency change according to the applied strains in the dynamic range of 1100$\mu\varepsilon$ referred to the displacement from capacitance sensor. From the experimental results, the implemented string resonator provides the accuracy of $\pm$3$\mu\varepsilon$, the quasi-static resolution of ~0.1$\mu\varepsilon$(rms) which amount to be $\pm$0.17$\mu\textrm{m}$ and ~6nm respectively, in case of fiber length of 56mm. For a dynamic strain, it can provide the accuracy of ~3$\mu\varepsilon$ until the frequency comes to 8Hz. As a consequence, the string resonator proposed for FBG sensor provides the high accuracy and the high resolution in strain measurement, and also it is expecting to be used, for the application, to not only strain but also displacement measuring device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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