Wu, Guan-Zhong;Zhang, Dan;Shan, Tai-Song;Shi, Bin;Fang, Yuan-Jiang;Ren, Kang
Smart Structures and Systems
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v.30
no.1
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pp.63-74
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2022
The deformation coordination between a rock/soil mass and an optical sensing cable is an important issue for accurate deformation monitoring. A stress-controlled triaxial apparatus was retrofitted by introducing an optical fiber into the soil specimen. High spatial resolution optical frequency domain reflectometry (OFDR) was used for monitoring the strain distribution along the axial direction of the specimen. The results were compared with those measured by a displacement meter. The strain measured by the optical sensing cable has a good linear relationship with the strain calculated by the displacement meter for different confining pressures, which indicates that distributed optical fiber sensing technology is feasible for soil deformation monitoring. The performance of deformation coordination between the sensing cable and the soil during unloading is higher than that during loading based on the strain transfer coefficients. Three hypothetical strain distributions of the triaxial specimen are proposed, based on which theoretical models of the strain transfer coefficients are established. It appears that the parabolic distribution of specimen strain should be more reasonable by comparison. Nevertheless, the strain transfer coefficients obtained by the theoretical models are higher than the measured coefficients. On this basis, a strain transfer model considering slippage at the interface of the sensing cable and the soil is discussed.
When strain sensing cables are under long-term stress and cyclic loading, creep may occur in the jacket material and each layer of the cable structure may slide relative to other layers, causing fatigue in the cables. This study proposes a device for testing the fatigue characteristics of three types of cables operating under different conditions to establish a decay model for observing the patterns of strain decay. The fatigue characteristics of cables encased in polyurethane (PU), GFRP-reinforced, and wire rope-reinforced jackets were compared. The findings are outlined as follows. The cable strain decayed exponentially, and the decay process involved quick decay, slow decay, and stabilization stages. Moreover, the strain decay increased with the initial strain and tensile frequency. The shorter the unstrained period was, the more similar the initial strain levels of the strain decay curves were to the stabilized strain levels of the first cyclic elongation. As the unstrained period increased, the initial strain levels of the strain decay curves approached those of the first cyclic elongation. The tested sensing cables differed in the amount and rate of strain decay. The wire rope-reinforced cable exhibited the smallest amount and rate of decay, whereas the GFRP-reinforced cable demonstrated the largest.
The strain sensing properties of th system xNiO-(1-x) CaO with various compositions (x=0.001-0.05) are evaluated and the origin of the phenomena is guessed. We have found out that the high temperature electrical conductivity of the xNiO-(1-x)CaO increases by applying the compressive stress at $1000^{\circ}C$. When the applied load is removed, the electrical conductivity rapidly decreases and returns to the original value, but a small hysteresis of the stress-conductivity curve is observed. After the loading test, the lattice parameter of the specimen is found lengthened. The correlation between the lengthening of the lattice parameter and the increases in the electrical conductivity by loading is discussed. The amount of the "expanded type" Ni(II)O6 clusters in the xNiO-(1-x)CaO grains is supposed to be increased by the applied stress, which would be the origin of the strain dependent electric conduction in the xNiO-(1-x)CaO system.aO system.
Stress is an invisible physical quantity, necessitating the use of earth pressure cells for its measurement within theground. Traditional strain-gauge type earth pressure cells, due to their rigidity, can distribute stress within the ground and subsequently affect the accuracy of earth pressure measurements. In contrast, force sensing resistors are thin and flexible, enabling the minimization of stress disturbance when measuring stress within the ground. This study developed a system that utilizes force sensing resistors to measure ground stress. It involved constructing a soil chamber for calibrating the force sensing resistors, assessing the variability of measurements from resistors embedded in sand ground, and verifying the attachment of pucks to the sensing area of the resistors.
Meng, Wei;Bachilo, Sergei M.;Parol, Jafarali;Weisman, R. Bruce;Nagarajaiah, Satish
Structural Monitoring and Maintenance
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v.9
no.3
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pp.259-270
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2022
This study explores the use of the recently developed "strain-sensing smart skin" (S4) method for noncontact strain measurements on cement-based samples. S4 sensors are single-wall carbon nanotubes dilutely embedded in thin polymer films. Strains transmitted to the nanotubes cause systematic shifts in their near-infrared fluorescence spectra, which are analyzed to deduce local strain values. It is found that with cement-based materials, this method is hampered by spectral interference from structured near-infrared cement luminescence. However, application of an opaque blocking layer between the specimen surface and the nanotube sensing film enables interference-free strain measurements. Tests were performed on cement, mortar, and concrete specimens with such modified S4 coatings. When specimens were subjected to uniaxial compressive stress, the spectral peak separations varied linearly and predictably with induced strain. These results demonstrate that S4 is a promising emerging technology for measuring strains down to ca. 30 𝜇𝜀 in concrete structures.
In the water-filling and preloading test, the sensing cables were installed on the surface of steel spiral case and in the surrounding concrete to monitor the strain distribution of several cross-sections by using Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA), a kind of distributed optical fiber sensing (DOFS) technology. The average hoop strain of the spiral case was about $330{\mu}{\varepsilon}$ and $590{\mu}{\varepsilon}$ when the water-filling pressure in the spiral case was 2.6 MPa and 4.1 MPa. The difference between the measured and the calculated strain was only about $50{\mu}{\varepsilon}$. It was the first time that the stress adjustment of the spiral case was monitored by the sensing cable when the pressure was increased to 1 MPa and the residual strain of $20{\mu}{\varepsilon}$ was obtained after preloading. Meanwhile, the shrinkage of $70{\sim}100{\mu}{\varepsilon}$ of the surrounding concrete was effectively monitored during the depressurization. It is estimated that the width of the gap between the steel spiral case and the surrounding concrete was 0.51 ~ 0.75 mm. BOTDA based distributed optical fiber sensing technology can obtain continuous strain of the structure and it is more reliable than traditional point sensor. The strain distribution obtained by BOTDA provides strong support for the design and optimization of the spiral case structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.10
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pp.773-777
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2009
In this study, the strain sensing characteristics of single-wall carbon nanotubes(SWCNTs) networks were investigated to develop a film sensor for strain sensing. The SWCNTs film are formed on flexible substrates of poly(ethylene terephthalate) (PET) using spray process. In this manner we could control the transparency and obtain excellent uniformity of the networked SWCNT film. The carbon nanotube film is isotropic due to randomly oriented bundles of SWCNTs. Using experimental results it is shown that there is a nearly linear change in resistance across the film when it is subjected to tensile stress. The results presented in this study indicate the potential of such films for high sensitive transparent strain sensors on macro scale.
Kim, Dae-Sik;Kong, Jin-Woo;Park, Joung-Man;Kim, Minyoung;Kim, Wonho;Ahn, Byung-Hyun;Park, Jin-Ho
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.212-215
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2002
Interfacial evaluation and damage sensing of the carbon fiber/epoxy-amine terminated (AT)-polyetherimide (PEI) composites were performed using micromechanical test and electrical resistance measurement. As AT-PEI content increased, the fracture toughness of epoxy-AT-PEI matrix increased, and thus their interfacial shear strength (IFSS) was improved due to the improved toughness. After curing process, the changes in electrical resistance (ΔR) with increasing AT-PEI contents increased gradually because of the changes in thermal expansion coefficient (TEC) and thermal shrinkage of matrix. Matrix fracture toughness was correlated to the IFSS, residual stress and electrical resistance. The results obtained from the electrical resistance measurement during curing process, reversible stress/strain, and durability test were consistent with modified matrix toughness properties.
This paper is concerned with the nonlinear hyperelastic problem fur the incompressible characteristics of the rubber. Tension sensor is a strain gage type load cell element for a fence intrusion detection system and consists of the sensing part and the rubber housing. The analysis includes an elastic analysis and a hyperelastic analysis of a tension sensor for the deformed shape and variation of the maximum strain on the sensing part with respect to the vertical load. Numerical results show that the hyperelastic model is stiffer and less deformed than the elastic model. Comparing with the experimental test data, we know the hyperelastic model is the better approximation than the elastic model.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.6
no.3
s.22
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pp.9-16
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2006
In structural health monitoring, the safety of structural members are assessed by the level of stress measured by various strain sensors based on different sensing mechanisms. Since most existing strain sensors used for health monitoring system can cover a relatively small range of structural members, it is very difficult to measure the maximum value of the member subjected to varying amount and types of loads with those point sensors. The reliability of assessed safety of a member may be improved by increasing the number of sensors. It may not be also realistic to increase the number of sensors to overcome these drawbacks. In this paper, a stress measuring method for beam-column members is developed by estimating the maximum stress based on the average strains obtained from long gauge sensor. The average strain from long gage fiber optic sensor is transformed into the maximum strain by multiplication of the modification factor derived in this research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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