As civil infrastructure has continued to age worldwide, its structural integrity has been threatened owing to material deteriorations and continual loadings from the external environment. Structural Health Monitoring (SHM) has emerged as a cost-efficient method for ensuring structural safety and durability. As SHM research has gradually addressed an increasing number of structure-related problems, it has become difficult to understand the changing research topic trends. Although previous review papers have analyzed research trends on specific SHM topics, these studies have faced challenges in providing (1) consistent insights regarding macroscopic SHM research trends, (2) empirical evidence for research topic changes in overall SHM fields, and (3) methodological validations for the insights. To overcome these challenges, this study proposes a framework tailored to capturing the trends of research topics in SHM through a bibliometric and network analysis. The framework is applied to track SHM research topics over 15 years by identifying both quantitative and relational changes in the author keywords provided from representative SHM journals. The results of this study confirm that overall SHM research has become diversified and multi-disciplinary. Especially, the rapidly growing research topics are tightly related to applying machine learning and computer vision techniques to solve SHM-related issues. In addition, the research topic network indicates that damage detection and vibration control have been both steadily and actively studied in SHM research.
Han, Sang Whan;Hyun, Jungho;Cho, EunSeon;Lee, Kihak
Steel and Composite Structures
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v.42
no.5
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pp.657-669
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2022
Structural materials can experience large plastic deformation under extreme cyclic loading that is caused by events like earthquakes. To evaluate the seismic safety of a structure, accurate numerical material models should be used. For a steel structure, the cyclic strain hardening behavior of structural steel should be correctly modeled. In this study, a combined hardening model, consisting of one isotropic hardening model and three nonlinear kinematic hardening models, was used. To determine the values of the combined hardening model parameters efficiently and accurately, the improved opposition-based particle swarm optimization (iOPSO) model was adopted. Low-cycle fatigue tests were conducted for three steel grades commonly used in Korea and their modeling parameters were determined using iOPSO, which was first developed in Korea. To avoid expensive and complex low cycle fatigue (LCF) tests for determining the combined hardening model parameter values for structural steel, empirical equations were proposed for each of the combined hardening model parameters based on the LCF test data of 21 steel grades collected from this study. In these equations, only the properties obtained from the monotonic tensile tests are required as input variables.
Structural design, in general, is developed through trial and error technique which is guided by standards criteria and based on the intuition and experience of the engineer, a context that leads to structural over-dimensioning, with uneconomic solutions. Aiming to find the optimal design, structural optimization methods have been developed to find a balance between cost, structural safety, and material performance. These methods have become a great opportunity in the steel structural engineering domain since they have as their main purpose is weight minimization, a factor directly correlated to the real cost of the structure. Assuming an objective function of minimum weight with stress and displacement constraints provided by Brazilian standards, the present research proposes the sizing optimization and combined approach of sizing and shape optimization, through a software developed to implement the Simulated Annealing metaheuristic algorithm. Therefore, two steel plane frame layouts, each admitting four typical truss geometries, were proposed in order to expose the difference between the optimal solutions. The assessment of the optimal solutions indicates a notable weight reduction, especially in sizing and shape optimization combination, in which the quantity of design variables is increased along with the search space, improving the efficiency of the optimal solutions achieved.
Sunil S. Yadav;Keshav K. Sangle;Mandar U. Kokane;Sandeep S. Pendhari;Yuwaraj M. Ghugal
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.3
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pp.281-302
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2023
In this paper, bending analysis of exponentially varying functionally graded (FG) plate is presented using trigonometric shear deformation theory (TSDT) considering both transverse shear and normal deformation effects. The in-plane displacement field consists of sinusoidal functions in thickness direction to include transverse shear strains and transverse displacement include the effect of transverse normal strain using the cosine function in thickness coordinate. The governing equations and boundary conditions of the theory are derived using the virtual work principle. System of governing equations, for simply supported conditions, Navier's solution technique is used to obtain results. Plate material properties vary across thickness direction according to exponential distribution law. In the current theory, transverse shear stresses are distributed accurately through the plate thickness, hence obviates the need for a shear correction factor. TSDT results are compared with those from other theories to ensure the accuracy and effectiveness of the present theory. The current theory is in excellent agreement with the semi-analytical theory.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.125-132
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2008
Structural optimization is widely adopted in the design of structures with the development of computer aided design and computer technique recently. By applying the structural optimization in the last decades, designers have gained the design scheme of structures more feasibly and easily. In this paper, an optimal design of one 30-story high rise steel structure is performed considering material non-linearity. Based on finite element analysis and adaptive simulated annealing algorithm, the optimal weight of structure is derived under constraints of allowable yield stress, shear stress and serviceability.
Geunsu Joo;Jin Bum Moon;Si-Hyun Kim;Min-Gyu Kang;Ji-Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2022
This paper deals with the structural analysis of wind turbine blades considering the bi-modulus property of CFRP, known as a more economic and efficient material for very large blades. The bi-modulus property is an unique characteristic of CFRP that shows higher tensile modulus than compressive modulus. Due to this characteristic, it is needed to apply the bi-modulus property to the computational analysis of CFRP blades to achieve more accurate results. In this paper, a novel method is proposed to apply the bi-modulus property of CFRP in a numerical simulation. To demonstrate the bi-modulus effect in FE analysis, the actual bi-modulus of CFRP was measured and applied to the structural analysis of a wind turbine blade. Moreover, the effects of the proposed method were evaluated by comparing the analysis results with actual full-scale blade static test results. As a result, it was verified that the proposed method could appropriately simulate the bi-modulus during FE analysis. Moreover, the accuracy of blade structural analysis was improved in accordance with the application of the bi-modulus property.
In present research, the plywoods made of radiata pine or Japanese larch, the potential softwood species in mass supply, were discussed to examine their feasibility as the structural and concrete form panels through the basic properties test. First, plywood qualities and its nail performance were tested. The performance test for concrete form or structural panel by concentrated and uniformly distributed load were conducted to investigate the possibility as structural material for light frame and concrete constructions. Test results of basic quality such as specific gravity, cupping, bowing, and twisting appeared to satisfy the criteria for structural use. Also, nail performance test results, for roof and wall sheathing panels, nail lateral resistance, nail withdrawal resistance, and nail push head resistance proved to meet the required standard for structural use. The test results on performance as structural panel by concentrated and uniformly distributed load and as concrete form panel showed that these two species could be used for structural sheathing, subfloor, and concrete form panels.
Structural stability of structural beams at high temperature had been evaluated though a horizontal furnace and a standard fire curve. If a structural method and a material are satisfied with the fire test, those are seemed to be guaranteed the safety of residences, fire services men, and properties of the buildings. However, that requires not only longer period but higher cost for making and testing of each structural element. That restrained from developing new methods and new fire protective materials. In this study, an analytic method was executed to demonstrate whether the analytic method using mechanical properties of structural steel at high temperature with heat transfer theory works is working. In this paper, the surface temperature rising and variance of structural stability of a simple H-section beam with a standard fire curve were evaluated and structural stabilities of H-section beam according to differences from length of beam were suggested.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.105-114
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2016
When impact load is applied to a plate structure, a common phenomenon that occurs in structures is plastic deformation accompanied by a large strain and eventually it will experience a fracture accordingly. In this study, for the rational design against accidental limit state, the plastic material constants of steel plate which is formed by line heating and by cold bending procedure have been defined through the numerical simulation for the high speed tension test. The usefulness of the material constants included in Cowper-Symonds model and Johnson-Cook model with the assumption that strain rate can be neglected when strain rate is less than the intermediate speed is verified through comparing the present numerical results with those in references. This paper ends with describing the future study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.1
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pp.97-106
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2011
In this study, viscoplastic material properties of solder alloy which is used in the electronics packages are inversely estimated. A specimen is fabricated to this end, and an experiment is conducted to examine deformation by Moir$\acute{e}$ interferometry. As a result of the experiment, bending displacement of the specimen and shear strain of the solder are obtained. A viscoplastic finite element analysis procedure is established, and the material parameters are determined to match closely with the experiments. The uncertainties which include inherent experimental error and insufficient data of experiments are addressed by using the method of computer model calibration. As a result, material parameters are identified in the form of confidence interval, and the displacements and strains using these parameters are predicted in the form the prediction interval.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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