Bolted joint connection is the most commonly used connection element in structures and devices. The loosening due to external dynamic loads cannot be observed and measured easily and may cause catastrophic loss especially in an extreme requirement and/or environment. In this paper, an innovative Real-time Cross-Correlation Method (RCCM) for monitoring of the bolted joint loosening was proposed. We apply time reversal process on stress wave propagation to obtain correlation signal. The correlation signal's peak amplitude represents the cross-correlation between the loosening state and the baseline working state; therefore, it can detect the state of loosening. Since the bolt states are uncorrelated with noise, the peak amplitude will not be affected by noise and disturbance while it increases SNR level and increases the measured signals' reliability. The correlation process is carried out online through physical wave propagation without any other post offline complicated analyses and calculations. We implemented the proposed RCCM on a single bolt/nut joint experimental device to quantitatively detect the loosening states successfully. After that we implemented the proposed method on a real large structure (reaction wall) with multiple bolted joint connections. Loosening indexes were built for both experiments to indicate the loosening states. Finally, we demonstrated the proposed method's great anti-noise and/or disturbance ability. In the instrumentation, we simply mounted Lead Zirconium Titanate (PZT) patches on the device/structure surface without any modifications of the bolted connection. The low-cost PZTs used as actuators and sensors for active sensing are easily extended to a sensing network for large scale bolted joint network monitoring.
Sohn Jin-Hun;Sokhadze Estate M.;Min Yoon-Ki;Lee Kyung-Hwa;Choi Sangsup
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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spring
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pp.269-273
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1999
Combination of mental stress task with noise background is a traditional tool employed in psychophysiology. However, intensity of background noise is a factor affecting both performance on test and psychophysiological responses associated with stress evoked by mental load in noisy environment. In the current study on 7 subjects we analyzed the influence of white noise (WN) intensity (55, 70, and 85 dB[A] ) on psychophysiological responses during word recognition test performed on noise background. There were recorded following physiological variables: electrodermal activity (EDA) , namely, skin conductance level (SCL), skin conductance response (SCR) amplitude (SCR-A), rise time and total number of SCRs (N-SCR); cardiovascular activity, e.g., heart rate (HR), respiratory sinus arrhythmia (RSA) index, pulse transit time (PTT), finger pulse volume (PV), skin temperature (SKT) and respiratory activity, such as respiration rate (RESP-R) and inspiration wane amplitude (RESP-A) during baseline resting state and 40 s long performance on 3 similar Korean word recognition tests with different WN intensity (55, 70, and 85 dB). Electrodermal responses (SCR-A, SCL, N-SCR) demonstrated gradual increment with increased intensity of noise, and this increase of response magnitude with higher intensity of noise was typical also for r skin temperature (phasic SKT decrease) and pulse volume (phasic and tonic PV decrease). However, some cardiovascular and respiratory responses did not exhibit same tendency of gradual increase of reactivity , namely HR, as well as RESP-R and RESP-A showed decrement of response magnitudes. Important finding in terms of cardiovascular reactivity was that 55 and 70dB evoked similar profiles, while 85dB WN resulted in significantly different profile of reactions, suggesting that there exists a threshold level after which intensive auditory stimulation elicits psychophyslological responses pattern of different quality. There are discussed potential autonomic mechanism involved in mediation of observed physiological responses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.5
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pp.53-64
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2012
Deep and narrow welds can be produced by laser welding at high welding speeds with a narrow heat-affected zone (HAZ) and little distortion of the workpiece. This study aims to evaluate the usefulness of laser welding at automobile component manufacture. Microstructure observation, hardness test, tensile test and fatigue life test are performed by using the fiber laser welded SPFC590 steel sheets which is used widely in the manufacture of automotive seat frame. Three kinds of specimens are only a SPFC590 steel plate, quasi-butt joint plate and lap joint plate by laser welding. The following results that will be helpful to understand the static strength, fatigue crack initiation and growth mechanism were obtained. (1) The tensile strength of quasi butt joint specimens nearly equal to base metal specimens, but lap joint specimens fractured in shear area of weld metal. (2) The fatigue strength of quasi-butt joint specimen was approximately 8 percent lower than that of the base metal specimens. Furthermore, the lap joint specimens were less than 86 percent of the base metal specimens. (3) The lap joint fatigue specimens fractured at shear area in high level stress amplitude, while fractured at normal area in low level stress amplitude. From these results, the applicability of the laser welding to the automobile component is discussed.
Lee, Man Suk;Kim, Taek Young;Kang, Se Hyung;Kim, Ho Kyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.29
no.4
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pp.9-14
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2014
Self-piercing riveting(SPR) is a mechanical fastening technique which is put pressure on the rivet for joining the sheets. Unlike a spot welding, SPR joining does not make the harmful gas and $CO_2$ and needs less energy consumption. In this study, static and fatigue tests were conducted using tensile-shear specimens with Al-5052 plates for evaluation of fatigue strength of the SPR joints. During SPR joining process for the specimen, using the current sheet thickness and a rivet, the optimal applied punching force was found to be 21 kN. And, the maximum static strength of the specimen produced at the optimal punching force was 3430 N. During the fatigue tests for the specimens, interface failure mode occurred on the top substrate close to the rivet head in the most high-loading range region, but on the bottom substrate close to the rivet tail in the low -loading range region. There was a relationship between applied load amplitude $P_{amp}$ and lifetime of cycle N for the tensile-shear, $P_{amp}=3395.5{\times}N^{-0.078}$. Using the stress-strain curve of the Al-5052 from tensile test, the simulations for fatigue specimens have been carried out using the implicit finite element code ABAQUS. The relation between von-Mises equivalent stress amplitude and number of cycles was found to be ${\sigma}_{eq}=514.7{\times}N^{-0.033}$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.4
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pp.834-842
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1998
This paper examines the crack growth behavior of 7075-T651 and 5052-H32 aluminum alloy under high-low block loading condition. The cantilever beam type specimen with a chevron notch is used in this study. The crack growth and closure ae investigated by compliance method. The applied stress ratios are R=0.15, 0.0, -0.15 and R=-0.15, 0.0, 0.15. The crack growth rate was found to increase as the load amplitude increases. However,${\bigtriangleup}K_eff$ was almost independent on the stress ratio. The experimental constants of 7075-T651 and 5052-H32 in Paris law were c`=1-1.3${\times}{10^-7},m`=3~3.2 and c`=4~6{\times}{10^-9}, m`=4.3-4.8$, respectively. $K_op$ of 7075-T651 and 5052-H32 becomes smaller as the stress ratio decreases. It seems that the crack closure affects $K_op$.
The theoretical and analytical studies on dynamic signals(force and acceleration signals) measured at SPT rod are actively made. In this paper, the characteristics of stress wave(force signals) in SPT rod were studied experimentally using model rod system. It was noted that the amplitude ratios of reflected wave over incident wave in different end conditions were well matched with theoretical results. The impedance of soil could be determined if the characteristics of incident and reflected waves could be evaluated quantitatively in situ SPT test. On the other hand, the results of model tests showed that the effect of reflected wave caused by side friction was negligible, and therefore, the analysis model considering only end resistance of sampler could be applicable in dynamic analysis of SPT.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.9
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pp.949-956
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2009
The C(t)-integral describes amplitude of stress and strain rate field near a tip of stationary crack under transient creep condition. Thus the C(t)-integral is a key parameter for the high-temperature crack assessment. Estimation formulae for C(t)-integral of the cracked component operating under mechanical load alone have been provided for decades. However, high temperature structures usually work under combined mechanical and thermal load. And no investigation has provided quantitative estimates for the C(t)-integral under combined mechanical and thermal load. In this study, 3-dimensional finite element analyses were conducted to calculate the C(t)-integral of elastic-creep material under combined mechanical and thermal load. As a result, redistribution time for the crack under combined mechanical and thermal load is re-defined through FE analyses to quantify the C(t)-integral. Estimates of C(t)-integral using this proposed redistribution time agree well with FE analyses results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.167-174
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2003
Fatigue damage of 2.2Ni-1Cr-0.5Mo steel used fir high strength pressure tubes and vessels was evaluated using uniaxial specimens subjected to strain-controlled fatigue loading. Based on the fatigue test results from different strain ratios of -2. -i 0, 0.5, 0.75, the fatigue damage of the steel was represented by using a cyclic strain energy density. Mean stress relaxation depended on the magnitude of the applied strain amplitude. The high pressure vessel steel exhibited the cyclic softening behavior. Total strain energy density consisting of the plastic strain energy density and the elastic tensile strain energy density described fairly well the fatigue life of the steel, taking the mean stress effects into account. Compared to other fatigue damage parameters, fatigue life prediction by the cyclic strain energy density showed a good correlation with the experimental fatigue lift within a factor of 3.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1993.10a
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pp.830-839
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1993
Agricultural hydraulic robot which was reported in Part Ⅰ had been developed . The robot satisfied performance to intend before development. For actual use, however, it have been necessary to reduce manipulator weigh and to simplify construction of hydraulic control valve. Then, working stress of manipulator link and pressure fluctuation of hydraulic circuit were measured. Step and frequency response tests were done subject to amplitude of reference voltage of 0.1 , 0.3 , 0.5 and 1.0v. and delivery pressure of 3.5 and 5.0MPa. Working stress were about 25% comparing with fatigue strength, Thus, mass of manipulator might be reduce to 30 %. In hydraulic control system, virtual natural frequency of 6.5Hz is produced from the combination of drain passage area shortage of servovalve. Further , because of passage area shortage , working pressure at both side of cylinder was acted on. This phenomenon prevent utilize effectively engine power. Then, control valve for new model was p oposed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.484-493
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2006
Recently, direct load analysis using ship motion program is required to confirm structural safety for the Post-Panamax class large container carrier. However, there is no exact comparative study data for structural response between 20 and 30 wave load. So, in this paper, to compare the hull girder stress response between 20 versus 3D wave load calculation method, direct load analysis and global F.E analysis have been performed for three kinds of large container vessels using each 20 and 30 wave load calculation program. The results of 2D wave load RAO(Response Amplitude Operator) of each dominant load parameter(vertical, torsional and horizontal moment) are generally bigger than that of 30 results, especially in vertical wave bending moment. And the results of structural analysis based on the equivalent design wave method shows that there is a big difference in view of stress, but the stress distribution is very similar for each wave load case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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