Damage Detection in Tensegrity using Interacting Particle-Ensemble Kalman Filter

The 10th EWSHM, originally scheduled for the first week of July 2020, is planned to be held the first week of July 2022 in Palermo.International audienceTensegrity structures form a special class of truss with dedicated cables and bars, that take tension and compression, respectively. To ensure equilibrium, the tensegrity members are required to be prestressed. Over prolonged usage, the cables may lose their prestress while bars may buckle, affecting the structural stiffness as well as its dynamic properties. The stiffness of tensegrities also vary with the load even in the absence of damage. This can potentially mask the effect of damage leading to a false impression of tensegrity health. This poses a major challenge in tensegrity health monitoring especially when the load is stochastic and unknown. Present study develops a vibration based output-only time-domain approach for monitoring the health of any tensegrity in the presence of uncertainties due to ambient force and measurement noise. An Interacting Particle Ensemble Kalman Filter (IPEnKF) has been used that can efficiently monitor tensegrity health from contaminated response data. IPEnKF combines a bank of Ensemble Kalman Filters to estimate response states while running within a Particle Filter envelop that estimates a set of location based health parameters. Further to make damage detection cheaper, strain responses are used as measurements. The efficiency of the proposed methodology has been demonstrated using numerical experiments performed on a simplex tensegrity

Active Control Of Smart Tensegrity Structures

The topic of smart structures, their active control and implementation, is relatively new. Therefore, different approaches to the problem can be met. The present paper discusses variable aspects of the active control of structures. It explains the idea of smart systems, introduces different terms used in smart technique and defines the structural smartness. The author indicates differences between actively controlled structures and structural health monitoring systems and shows an example of an actively controlled smart footbridge

Symulacja rozwijalnego słupa tensegrity w oparciu o metodę elementów skończonych i dynamikę układów wieloczłonowych

The present paper is dedicated to the analysis of deployable tensegrity columns. The main aim of this work is to present a technique, developed by combining the finite element (FE) analysis and the multibody dynamics (MBD) simulation, which enables precise and reliable simulations of deployable structures. While the finite element model of the column provides information on structural behavior in the deployed state, the dynamical modeling allows to analyze various deployment scenarios, choose active cables for the deployment and for the self-stress application, and to control distributions of internal forces during the assembly process. An example of a deployable column based on a popular tensegrity module - a 3-strut simplex - is presented. By analyzing the proposed column with the use of the developed method it is proven that the technique is suitable for complex simulations of deployable systems.W pracy został poruszony problem analizy rozwijalnych słupów tensegrity. Głównym celem opracowania jest zaprezentowanie techniki pozwalającej na zapewnienie niezawodnych symulacji tego typu struktur. Zaproponowana technika wykorzystuje metodę elementów skończonych (MES) oraz symulacje dynamiki układów wieloczłonowych (MBD). Metoda elementów skończonych dostarcza informacji odnośnie zachowania konstrukcji w stanie rozwiniętym, podczas gdy analiza dynamiki układu wieloczłonowego daje informacje dotyczące zachowania układu podczas realizacji różnych scenariuszy rozwijania, wyboru aktywnych cięgien, wartości samonaprężenia oraz rozkładu sił w elementach podczas rozwijania. Połączenie MES i MBD daje możliwość dokładnych i niezawodnych symulacji skomplikowanych struktur do jakich należą rozwijalne konstrukcje tensegrity

Redukcja naprężeń prostopadłych do włókien w dwutrapezowych belkach z drewna klejonego warstwowo z poprzecznym zbrojeniem

In the present paper tensile stresses perpendicular to the grain in reinforced double-tapered beams made of glued laminated timber are discussed. The beams are analysed using the finite element method within the linear elasticity theory with the influence of orthotropic material properties. The main objective is to assess the influence of transverse reinforcement on the values and distributions of the analysed stresses and to identify the most efficient scheme of reinforcement. The obtained results prove that, with the use of the proposed tools, it is possible to assess the level of stress, including delaminating stress, and to indicate the areas of occurrence of such stress with high precision.W niniejszej pracy skupiono się na analizie naprężeń prostopadłych do włókien w belkach dwutrapezowych z drewna klejonego warstwowo ze zbrojeniem poprzecznym. Belki dwutrapezowe są obecnie jednymi z najczęściej stosowanych elementów konstrukcyjnych z drewna klejonego. Ze względu na swój kształt, używane są powszechnie jako dźwigary dachowe. Ponadto, belki te charakteryzują się dobrym wykorzystaniem materiału, ponieważ ich geometria zwykle odzwierciedla rozkład momentów zginających od większości przypadków obciążeń. W pracy analizowane są swobodnie podparte, dwutrapezowe belki klejone, o standardowej geometrii opisanej w normie projektowej EN-1995-1-1. W projektowaniu i analizie tego typu belek należy brać pod uwagę, obok naprężeń stycznych i normalnych, naprężenia rozciągające prostopadłe do włókien drewna, a w niektórych przypadkach trzeba tez uwzględnić konieczność zbrojenia na te naprężenia. Zgodnie z Eurokodem 5, naprężenia rozwarstwiające powinny być sprawdzane w strefie kalenicowej, której szerokość jest równa wysokości belki w kalenicy, a w przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości tych naprężeń, należy zaprojektować odpowiednie zbrojenie

Badania laboratoryjne wytrzymałości zmęczeniowej prototypowych podkładek podpodkładowych USP stosowanych w podsypkowych konstrukcjach dróg szynowych

The present paper discusses static and dynamic characteristics of various under sleeper pads (USP) that are to be used in the ballasted track systems as resilient vibroacoustic isolators. Four different USP samples were put to fatigue tests and static and dynamic bedding moduli were determined. The purpose of the tests, which were carried out up to 500 thousand load cycles, was to determine which USP have favourable and which unfavourable properties, taking into account their potential application as the elements used for energy dissipation and reduction of noise and vibration. The obtained results allowed the authors to indicate samples with a potential for further analysis and to reject those, which did not satisfy the adopted criteria.W niniejszej pracy omówione zostały statyczne i dynamiczne własności różnych prototypowych podkładek podpodkładowych (USP), które są stosowane w podsypkowych konstrukcjach dróg szynowych jako sprężyste tłumiki wibroakustyczne. Zadaniem tego typu elementów sprężystych jest zapewnienie ochrony przeciwko drganiom, zabezpieczenie podsypki pod torami i poprawa stabilności toru. Na potrzeby tej pracy przeprowadzono badania wytrzymałości zmęczeniowej czterech różnych próbek USP: trzech podkładek na bazie granulatu gumowego o różnych własnościach oraz podkładki na bazie poliuretanu. Dla każdej z próbek wyznaczono trzy parametry: statyczny moduł sztywności dla obciążenia z zakresu (0.01÷0.1) N/mm2, statyczny moduł sztywności dla obciążenia z zakresu (0.01÷0.2) N/mm2 i dynamiczny moduł sztywności dla różnych częstotliwości obciążenia (1-24 Hz). Badania były prowadzone do 500 000 cykli obciążenia, co jest wartością mniejszą niż zalecane 3 mln, ale wystarczającą na wstępnym etapie badań do wskazania próbek USP o korzystnych i niekorzystnych własnościach, biorąc pod uwagę ich potencjalne zastosowanie w podsypkowych konstrukcjach dróg szynowych jako elementów służących do redukcji drgań i hałasu. Głównym celem przeprowadzonych testów było wskazanie próbek do dalszych badań i odrzucenie tych, które nie spełniają żądanych kryteriów

Badania laboratoryjne wybranych prototypowych podkładek USP - wyznaczanie przyczepności przez odrywanie po badaniu odporności na warunki atmosferyczne

Under sleeper pads (USPs) are resilient elements used in the ballasted track structures to improve dynamic behaviour of the track, reduce vibration and protect the ballast against fast degradation. As the elements permanently connected to the sleepers or turnout bearers, the pads must have an appropriate level of pull-off strength, so that they do not separate from the rail support (here: sleeper) during their transportation to the construction site or during many years of operation. In this paper, results of pull-off tests performed on four selected USP samples are presented: three samples made of SBR (styrene-butadiene rubber) granulate and one made of polyurethane. Moreover, details of the pad’s attachment to the rail support are discussed, and the requirements for the USP properties are specified, focusing on the pull-off strength determined after the weather resistance test. It is shown that only two out of four considered USP samples fulfilled the requirements specified by the authors.Podkładki podpodkładowe (z ang. USP - under sleeper pad) to elementy sprężyste stosowane w konstrukcjach podsypkowych nawierzchni szynowej w celu poprawy pracy nawierzchni pod obciążeniami dynamicznymi, zmniejszenia drgań oraz ochrony podsypki przed szybką degradacją. Jako elementy trwale połączone z podkładami lub podrozjazdnicami, podkładki USP muszą posiadać odpowiednią wytrzymałość na odrywanie (przyczepność przez odrywanie), aby nie oddzieliły się od podpory szynowej podczas transportu na plac budowy lub w trakcie wieloletniej eksploatacji. W artykule omówiono szczegółowo różne sposoby mocowania podkładek USP do podpór szynowych, zdefiniowano wymagania dotyczące właściwości USP, skupiając się na wytrzymałości na odrywanie wyznaczonej po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, a także przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych podkładek. Autorzy przedstawili wyniki badań przyczepności przez odrywanie (ang. pull-off) przeprowadzonych na czterech wybranych próbkach USP: trzech z granulatu SBR (kauczuk styrenowo-butadienowy) i jednej z poliuretanu. Badania przeprowadzono zgodnie z procedurą opisaną w normie EN 1542 na próbkach poddanych wcześniej badaniom odporności na warunki atmosferyczne. Ponadto autorzy zaproponowali wstępne rekomendacje dla polskich kolei PKP PLK S.A., które odnoszą się do wymagań zagranicznych zarządców infrastruktury kolejowej - w szczególności regulacji Międzynarodowego Związku Kolejowego UIC oraz przepisów obowiązujących we Włoszech i Francji, opierających się na normowej procedurze EN 16730. Zaproponowano następujące graniczne wartości przyczepności przez odrywanie wyznaczonej po badaniach odporności na warunki atmosferyczne: wartość minimalna ≥ 0,40 N/mm2 i wartość średnia ≥ 0,45 N/mm2. Porównując wyniki badań laboratoryjnych przedstawionych w rozdziale 3 z proponowanymi granicznymi wartościami przyczepności przez odrywanie określonymi dla USP po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, stwierdzono, że tylko dwa z czterech rozpatrywanych materiałów spełniały te wymagania - USP nr 1 i nr 2. Dla pozostałych dwóch podkładek (nr 3 i nr 33) wskazane są dalsze prace nad poprawą wartości przyczepności przez odrywanie (nad spoiwem i materiałem warstwy przylegającej do spodu podkładu), aby osiągnąć wartość dla każdej pojedynczej próby wynoszącą co najmniej 0,40 N/mm2 oraz wartość średnią wynoszącą co najmniej 0,45 N/mm2