A damage identification technique using static displacements was investigated to assess the structural integrity of bridge structures. For this, the optimization technique was utilized. In this study, structural damage was represented by the reduction in the stiffness of an element. Next, a health index of the element was introduced to estimate the stiffness reduction of the bridge under consideration. Comparisons with numerical and experimental tests were performed to investigate the applicability of the proposed method in the practical field. Various damage scenarios were considered by varying damage-width as well as damage-degree. The influence of noise on the damage identification scheme was also investigated numerically. Finally, the applicability and the limitation of the proposed method' were discussed.
In particle or short-fiber reinforced composites, cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the cracked reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with an incremental damage theory of particle or short-fiber reinforced composites. The composite undergoing damage process contains intact and broken reinforcements in a matrix. To describe the load carrying capacity of cracked reinforcement, the average stress of cracked ellipsoidal inhomogeneity in an infinite body as proposed in the previous paper is introduced. An incremental constitutive relation on particle or short-fiber reinforced composites including progressive cracking of the reinforcements is developed based on Eshelby's (1957) equivalent inclusion method and Mori and Tanaka\`s (1973) mean field concept. Influence of the cracking damage on the stress-strain response of composites is demonstrated.
In this paper, a structural damage identification method (SDIM) is developed for cylindrical shells and the numerically simulated damage identification tests are conducted to study the feasibility of the proposed SDIM. The SDIM is derived from the frequency response function solved from the structural dynamic equations of damaged cylindrical shells. A damage distribution function is used to represent the distribution and magnitudes of the local damages within a cylindrical shell. In contrast with most existing modal parameters-based SDIMs which require the modal parameters measured in both intact and damaged states, the present SDIM requires only the FRF-data measured in the damaged state. By virtue of utilizing FRF-data, one is able to make the inverse problem of damage identification well-posed by choosing as many sets of excitation frequency and FRF measurement point as needed to obtain a sufficient number of equations.
A damage detection method for the tripod support structure of offshore wind turbines is presented for structural health monitoring. A finite element model of a prototype tripod support structure is established and the modal properties are calculated. The degree and location of the damage are estimated based on the neural network technique using the changes of natural frequencies and mode shape due to the damage. The stress distribution occurring in the support structure is obtained by a dynamic analysis for the wind turbine system to select the output data of the neural network. The natural frequencies and mode shapes for 36 possible damage scenarios were used for the input data of the learned neural network for damage assessment. The estimated damages agreed reasonably well with the accurate ones. The presented method could be effectively applied for damage detection and structural health monitoring of various types of support structures of offshore wind turbines.
Early detection of small concrete crack or reinforcement corrosion is necessary for Structural Health Monitoring (SHM). Global vibration based methods are advantageous over local methods because of simple equipment installation and cost efficiency. Among vibration based techniques, FRF based methods are preferred over modal based methods. In this study, a new coupled method using frequency response function (FRF) and proper orthogonal modes (POM) is proposed by using the dynamic characteristic of a damaged beam. For the numerical simulation, wave finite element (WFE), coupled with traditional finite element (FE) method is used for effectively incorporating the damage related information and faster computation. As reported in literature, hybrid combination of wave function based wave finite element method and shape function based finite element method can addresses the mid frequency modelling difficulty as it utilises the advantages of both the methods. It also reduces the dynamic matrix dimension. The algorithms are implemented on a three-dimensional reinforced concrete beam. Damage is modelled and studied for two scenarios, i.e., crack in concrete and rebar corrosion. Single and multiple damage locations with different damage length are also considered. The proposed methodology is found to be very sensitive to both single- and multiple- damage while being computationally efficient at the same time. It is observed that the detection of damage due to corrosion is more challenging than that of concrete crack. The similarity index obtained from the damage parameters shows that it can be a very effective indicator for appropriately indicating initiation of damage in concrete structure in the form of spread corrosion or invisible crack.
A new method of evaluating critical damage values of commercial materials is presented in this paper. The method is based on the previous study of the methodology [1] of acquisition of true stress-strain curves or flow stress curves over large strain from the tensile test in which the flow stress is described by the Hollomon law-like form, that is, by the strain dependent strength coefficient and the strain hardening exponent. The strain hardening exponent is calculated from the true strain at the necking point to meet the Considere condition. The strength coefficient is assumed to be constant before necking and represented by a piecewise linear function of strain after necking. With the predicted flow stress, a tensile test is simulated by a rigid-plastic finite element method with higher accuracy of less than 0.5% error between experiments and predictions. The instant when the fracture begins and thus the critical damage is obtained is determined by observing the stress variation at the necked region. It is assumed that the fracture due to damage begins when the pattern of stress around the necked region changes radically. The method is applied to evaluate the critical damage of a low carbon steel.
The structural responses are often used to identify the structural local damages. However, it is usually difficult to gain the responses of the track, as the sensors cannot be installed on the track directly. The vehicles running on a track excite track vibration and can also serve as response receivers because the vehicle dynamic response contains the vibration information of the track. A damage identification method using the vehicle responses and sensitivity analysis is proposed for the vehicle-track coupling system in this paper. Different from most damage identification methods of vehicle-track coupling system, which require the structural responses, only the vehicle responses are required in the proposed method. The local damages are identified by a sensitivity-based model updating process. In the vehicle-track coupling system, the track is modeled as a discrete point supported Euler-Bernoulli beam, and two vehicle models are proposed to investigate the accuracy and efficiency of damage identification. The measured track irregularity is considered in the calculation of vehicle dynamic responses. The measurement noises are also considered to study their effects to the damage identification results. The identified results demonstrate that the proposed method is capable to identify the local damages of the track accurately in different noise levels with only the vehicle responses.
The strategy for the management of earthquakes is shifting from post recovery to prevention; therefore, seismic performance management requires quantitative predictions of damage and the establishment of strategies for initial responses to earthquakes. Currently, seismic performance evaluation for seismic management in Korea consists of two stages: preliminary evaluation and detailed evaluation. Also, the priority of seismic performance management is determined in accordance with the preliminary evaluation. As a deterministic method, preliminary evaluation quantifies the physical condition and socio-economic importance of a facility by various predetermined indices, and the priority is decided by the relative value of the indices; however, with the deterministic method it is difficult to consider any uncertainty related to the return-year, epicenter, and propagation of seismic energy. Also this method cannot support tasks such as quantitative socio-economic damage and the provision of data for initial responses to earthquakes. Moreover, indirect damage is often greater than direct damage; therefore, a method to quantify damage is needed to enhance accuracy. In this paper, a Seismic Risk Assessment is used to quantify the cost of damage of road facilities in Pohang city and to support decision making.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Basu, D.
Computers and Concrete
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제5권1호
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pp.37-60
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2008
Structural health monitoring of existing infrastructure is currently an important field of research, where elaborate experimental programs and advanced analytical methods are used in identifying the current state of health of critical and important structures. The paper outlines two methods of system identification of beam-like reinforced concrete structures representing bridges, through static measurements, in a distributed damage scenario. The first one is similar to the stiffness method, re-cast and the second one to flexibility method. A least square error (LSE) based solution method is used for the estimation of flexural rigidities and damages of simply supported, cantilever and propped cantilever beam from the measured deformation values. The performance of both methods in the presence of measurement errors is demonstrated. An experiment on an un-symmetrically damaged simply supported reinforced concrete beam is used to validate the developed method. A method for damage prognosis is demonstrated using a generalized, indeterminate, propped cantilever beam.
A new method for both local damage(s) identification and input excitation force identification of beam structures is presented using the dynamic response sensitivity-based finite element model updating method. The state-space approach is used to calculate both the structural dynamic responses and the responses sensitivities with respect to structural physical parameters such as elemental flexural rigidity and with respect to the force parameters as well. The sensitivities of displacement and acceleration responses with respect to structural physical parameters are calculated in time domain and compared to those by using Newmark method in the forward analysis. In the inverse analysis, both the input excitation force and the local damage are identified from only several acceleration measurements. Local damages and the input excitation force are identified in a gradient-based model updating method based on dynamic response sensitivity. Both computation simulations and the laboratory work illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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