변단면 캔틸레버형 보의 고유진동수 추정 및 기저모델 개선 (Natural Frequency Estimation and Baseline Model Updating for Non-Uniform Cantilever-Type Beams)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 22권 / 8호 / 328 ~ 334페이지
· 저자명 : 이종원

초록

원형강관 형태의 구조부재는 여러 시설물에 광범위하게 이용되고 있는데, 말단질량을 갖고 탄성지지되는 변단면 캔틸레버형 보의 형태가 많다. 이러한 구조물의 건전성 모니터링을 위하여 진동기반 결함탐지기법이 일반적으로 사용되는데, 이를 위해서는 건전상태 구조물의 모드특성을 해석적으로 구할 수 있는 기저모델의 개선이 요구된다. 본 연구에서는 자유단에 말단질량을 가지고 지지부에서 탄성지지 되며, 단면특성이 계단식으로 변화하는 캔틸레버형 보의 구조물 건전성 모니터링을 위한 기저모델개선기법을 제안한다. 이를 위하여 변단면 보에 대한 미분방정식의 일반해에 말단질량 및 탄성지지의 경계조건과 단면 변화부에서의 연속조건을 적용하여 고유진동수 추정기법을 연구한다. 이후, 제안된 고유진동수 추정기법과 신경망기법을 적용하여 실험체에 대한 기저모델 개선을 수행한다. 탄성지지부의 병진 및 회전 스프링상수를 조정함으로써 기저모델을 개선하였는데, 개선된 기저모델로부터 산정한 고유진동수와 실험결과로부터 추정한 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 따라서 제안된 기법을 이용하여, 말단질량을 갖는 탄성지지 변단면 캔틸레버형 보에 대한 기저모델을 개선하고, 이를 활용하여 효과적인 구조물 건전성 모니터링 및 결함탐지가 가능할 것으로 판단된다.

영어초록

Structural members in the form of steel pipe are used widely in major facilities. In numerous cases, they are restrained non-uniform cantilever-type beams with a tip mass. Vibration-based damage detection methods elastically are generally used for the health monitoring of those structures. For this, it is important to update the baseline model that can analytically estimate the modal characteristics of the structure in a healthy state. In this study, a baseline model updating method for monitoring the health of a cantilever-type beam that has step changes in the properties of its cross-section and a tip mass and spring support is proposed. To this end, a natural frequency estimation technique was studied by applying the boundary conditions at the tip mass and the elastically restrained support and the continuity conditions at the section change part to the general solution of the differential equation for the non-uniform beam. The proposed natural frequency estimation technique and neural network technique were applied to update the baseline model for a specimen. The baseline model was updated by improving the translational and rotational spring constants at the elastically restrained support. The natural frequencies calculated from the updated baseline model and the experimental results were in good agreement. Therefore, using the proposed technique, the baseline model for the elastically restrained non-uniform cantilever-type beam with a tip mass could be updated and utilized effectively for structural health monitoring and damage detection.

참고자료

· 없음