Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.8
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pp.91-98
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2003
In the structural analysis of a launch vehicle, the construction of loading functions and the determination of responses to them are very important. Among many kinds of loads, acoustic load generated by exhaust is a random load that can be described in a statistical manner. In this study, loading functions corresponding to the acoustic loads are constructed and applied to the structural analysis of launch vehicle. Acoustic loading functions are constructed using source allocation method. Structural analyses are carried out by using finite element modelling and frequency response function of finite element model. The stresses resulting from acoustic loads and acceleration power spectral density functions at interfaces of each section are calculated. These analyses are essential for the development of environmental test specifications and associated dynamic design requirements which are necessary to ensure overall vehicle reliability.
This paper presents an investigation into the seismic response characteristics of a proposed ligh-weight pedestrian cable-stayed bridge made entirely from Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP). The study employs three dimensional finite element models to study and compare the dynamic characteristics and the seismic response of the GFRP bridge to a conventional Steel-Concrete (SC) cable-stayed bridge alternative. The two bridges were subjected to three synthetic earthquakes that differ in the frequency content characteristics. The performance of the GFRP bridge was compared to that of the SC bridge by normalizing the live load and the seismic internal forces with respect to the dead load internal forces. The normalized seismically induced internal forces were compared to the normalized live load internal forces for each design alternative. The study shows that the design alternatives have different dynamic characteristics. The light GFRP alternative has more flexible deck motion in the lateral direction than the heavier SC alternative. While the SC alternative has more vertical deck modes than the GFRP alternative, it has less lateral deck modes than the GFRP alternative in the studied frequency range. The GFRP towers are more flexible in the lateral direction than the SC towers. The GFRP bridge tower attracted less normalized base shear force than the SC bridge towers. However, earthquakes, with peak acceleration of only 0.1 g, and with a variety of frequency content could induce high enough seismic internal forces at the tower bases of the GFRP cable-stayed bridge to govern the structural design of such bridge. Careful seismic analysis, design, and detailing of the tower connections are required to achieve satisfactory seismic performance of GFRP long span bridges.
Modal identification based on ambient vibration data has attracted extensive attention in the past few decades. Since the excitation for ambient vibration tests is mainly from the environmental effects such as wind and traffic loading and no artificial excitation is applied, the signal to noise (s/n) ratio of the data acquired plays an important role in mode identifiability. Under ambient vibration conditions, certain modes may not be identifiable due to a low s/n ratio. This paper presents a study on the mode identifiability of an instrumented cable-stayed bridge with the use of acceleration response data measured by a long-term structural health monitoring system. A recently developed fast Bayesian FFT method is utilized to perform output-only modal identification. In addition to identifying the most probable values (MPVs) of modal parameters, the associated posterior uncertainties can be obtained by this method. Likewise, the power spectral density of modal force can be identified, and thus it is possible to obtain the modal s/n ratio. This provides an efficient way to investigate the mode identifiability. Three groups of data are utilized in this study: the first one is 10 data sets including six collected under normal wind conditions and four collected during typhoons; the second one is three data sets with wind speeds of about 7.5 m/s; and the third one is some blind data. The first two groups of data are used to perform ambient modal identification and help to estimate a critical value of the s/n ratio above which the deficient mode is identifiable, while the third group of data is used to perform verification. A couple of fundamental modes are identified, including the ones in the vertical and transverse directions respectively and coupled in both directions. The uncertainty and s/n ratio of the deficient mode are investigated and discussed. A critical value of the modal s/n ratio is suggested to evaluate the mode identifiability of the deficient mode. The work presented in this paper could provide a base for the vibration-based condition assessment in future.
This study aims to investigate the relationship between structural damage and sensitivity indices using the Hilbert-Huang transform (HHT) method. Two damage detection indices are proposed: the ratio of bandwidth (RB), and the ratio of effective stiffness (RES). The nonlinear four bays multiple degree of freedom models with various predominant frequencies are constructed using the SAP2000 program. Adjusted PGA earthquake data (Japan 311, Chi-Chi 921) are used as the excitations. Next the damage detection indices obtained using the HHT and the fast Fourier transform (FFT) methods are evaluated based on the acceleration responses of the structures to earthquakes. Simulation results indicate that, the column of the 1 st floor is the first yielding position and the RB value is changed when the RES<90% in all cases. Moreover, the RB value of the 1 st floor changes more sensitive than those from the top floor. In addition, when the structural response is nonlinear (i.e., RES<100%), the RB and the RES curves indicate the incremental change in the HHT spectra. However, the same phenomenon can be found from FFT spectra only when the stiffness reduction is large enough. Therefore, the RB estimated from the smoothed HHT spectra is an effective and sensitive index for detecting structural damage.
This paper presents a unique study of Structural Health Monitoring (SHM) for the maintenance decision making about a real life movable bridge. The mechanical components of movable bridges are maintained on a scheduled basis. However, it is desired to have a condition-based maintenance by taking advantage of SHM. The main objective is to track the operation of a gearbox and a rack-pinion/open gear assembly, which are critical parts of bascule type movable bridges. Maintenance needs that may lead to major damage to these components needs to be identified and diagnosed timely since an early detection of faults may help avoid unexpected bridge closures or costly repairs. The fault prediction of the gearbox and rack-pinion/open gear is carried out using two types of Artificial Neural Networks (ANNs): 1) Multi-Layer Perceptron Neural Networks (MLP-NNs) and 2) Fuzzy Neural Networks (FNNs). Monitoring data is collected during regular opening and closing of the bridge as well as during artificially induced reversible damage conditions. Several statistical parameters are extracted from the time-domain vibration signals as characteristic features to be fed to the ANNs for constructing the MLP-NNs and FNNs independently. The required training and testing sets are obtained by processing the acceleration data for both damaged and undamaged condition of the aforementioned mechanical components. The performances of the developed ANNs are first evaluated using unseen test sets. Second, the selected networks are used for long-term condition evaluation of the rack-pinion/open gear of the movable bridge. It is shown that the vibration monitoring data with selected statistical parameters and particular network architectures give successful results to predict the undamaged and damaged condition of the bridge. It is also observed that the MLP-NNs performed better than the FNNs in the presented case. The successful results indicate that ANNs are promising tools for maintenance monitoring of movable bridge components and it is also shown that the ANN results can be employed in simple approach for day-to-day operation and maintenance of movable bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.3
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pp.42-48
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2016
Extensive research effort has been made during the last decade to utilize wireless smart sensors for evaluating and monitoring structural integrity of civil engineering structures. The wireless smart sensor commonly has sensing and embedded computation capabilities as well as wireless communication that provide strong potential to overcome shortcomings of traditional wired sensor systems such as high equipment and installation cost. However, sensor malfunctioning particularly in case of long-term monitoring and unreliable wireless communication in harsh environment are the critical issues that should be properly tackled for a wider adoption of wireless smart sensors in practice. This study presents a wireless smart sensor network(WSSN) that can estimate unmeasured responses for the purpose of data recovery at unresponsive sensor nodes. A software program that runs on WSSN is developed to estimate the unmeasured responses from the measured using the Kalman filter. The performance of the developed network software is experimentally verified by estimating unmeasured acceleration responses using a simply-supported beam.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.23-30
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2018
Recently, there are highly interests on structural damping to improve resistance of seismic and wind. It has been frequently used hysteresis damping devices made of steel because of economic efficiency, construction, and maintenance. This paper presents the effective reduction of seismic response by using Kagome damping system(SKDS) in rahmen system apartment building. The proposed system is designed to be activated by the relative displacement between the building and the stairs. It is performed nonlinear dynamic analysis to review the effects of earthquake response reduction for the 20-stories rahmen framed apartment building. In the analysis of the SKDS system, the reduction of maximum response displacement, maximum response acceleration and layer shear force are compared with the seismic design, and the result show that allowable story displacement is satisfied with Korean Building Code (KBC 2016).
Lee, Il Wha;Um, Ju Hwan;Lee, Kang Myung;Keum, Chang Jun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.190-198
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2011
The precast production has many advantages by fast construction period, labor-saving and high quality. In recent years, the application of the precast product has been increased in the earth retaining wall field. This paper presents the results of the numerical analysis that was carried out to evaluate the dynamic stability of precast and prestressed earth retaining wall under moving train load. The two-dimensional FEM analysis was used to the numerical analyses. The train load to act on trackbed is combined by the real measured roughness phase angle and quasi-static load. The dynamic stability is analysed by the displacement, acceleration and stress under moving train load at each specified location. The results of the analysis show that the precast and prestressed retaining wall has very stable capability for the railway.
The nonlinear dynamic behaviors of guardrail established on the local or high way have been investigated using BARRIER VII program with respect to four design variables such as section type of beams and posts, impact angle, impact velocity and vehicle weight. Computer simulation programs are sophisticated analytical models for analyzing dynamic vehicle/barrier interactions and provide a relatively inexpensive alternative to full scale crash testing. This study has been focused on the structural adequacy, occupant risk, and vehicle trajectory. For this purpose, the maximum defection and impact force have been calculated to design the clear zone and to analyze effect of impact attenuation. Also, the acceleration of vehicle and exit angle after collision have been computed to estimate the occupant risk. From this study, it is suggested that we should strengthen the design criteria of guardrail to prevent from disastrous traffic accidents.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.271-281
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2005
The effects of radiation damping is used to compensate the truncated boundary which is relatively close to the structure-fluid interface in the fluid element surrounding the submerged structures. An efficient ring element is presented to model the shell and fluid element which fully utilizes the characteristics of the axisymmetry. The computational model uses the technique which separate the meridional shape and circumferential wave mode and gets similar result with the exact solution in the eigenvalues and the earthquake analysis. The fluid-structure interaction techniques is developed in the finite element analysis of two dimensional problems using the relations between pressure, nodal unknown acceleration and added mass assuming the fluid to be invicid, incompressible and irrotational. The effectiveness and efficiency of the technique is demonstrated by analyzing the free vibration and seismic analysis using the added mass matrix considering the structural deformation effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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