Im, Seok Been;Cloudt, Harding C.;Fogle, Jeffrey A.;Hurlebaus, Stefan
Smart Structures and Systems
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v.12
no.3_4
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pp.427-440
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2013
A growing need has developed in the United States to obtain more specific knowledge on the structural integrity of infrastructure due to aging service lives, heavier and more frequent loading conditions, and durability issues. This need has spurred extensive research in the area of structural health monitoring over the past few decades. Several structural health monitoring techniques have been developed that are capable of locating damage in structures using modal strain energy of mode shapes. Typically in the past, bending strain energy has been used in these methods since it is a dominant vibrational mode in many structures and is easily measured. Additionally, there may be cases, such as pipes, shafts, or certain bridges, where structures exhibit significant torsional behavior as well. In this research, torsional strain energy is used to locate damage. The damage index method is used on two numerical models; a cantilevered steel pipe and a simply-supported steel plate girder bridge. Torsion damage indices are compared to bending damage indices to assess their effectiveness at locating damage. The torsion strain energy method is capable of accurately locating damage and providing additional valuable information to both of the structures' behaviors.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.147-156
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2003
In this paper, a damage detection method using mode shapes of truss structures is presented. The theory is formulated based on the changes in the modal strain energy in a truss type structures due to damage. To examine the feasibility, the theory is applied to an experimental data of a 1:6 scale model of a typical hexagonal truss structure. The experiment consists of 17 damage scenarios subjected to three different types of damage. The damage evaluation results show that the proposed method detects successfully damage in truss elements and also show that the performance of proposed method can be significantly impacted by the noise in the measurement data for small damage.
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under Mode I loading using SA533B pressure vessel steel. Experiments consist of the Round Notch Bar Test (RNB), Single Edge Crack Bending Test (SECB), and V-Notch Bar Test (VNB). Results from the RNB test were used to tune the damage modelling constant. The other tests were performed to acquire the J-resistance curves and to confirm the damage constants. Microstructural observation includes the measurement of crack profile to obtain the roughness parameter. Finally, simulation using Rousellier Ductile Damage Theory (RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element ($L_c=0.25\;mm$). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a ${\beta}$ criterion. In conclusion, the predicted simulation using RDDT showed a good agreement with the experimental results. A trial using a roughness parameter was made for a new evaluation of J-resistance curve, which is more conservative than the conventional one.
Delamination of cover concrete due to re-bar corrosion is a critical damage reducing structural safety of reinforced concrete structures. Therefore, it should be detected and evaluated to provide appropriate maintenance to recover structural integrity. Impact-echo method, which utilizes thickness vibration characteristics of delaminated concrete section, is effective for detection and evaluation of small areal size delamination. However, it may not be applicable for large areal size delamination in which flexural vibration modes are dominated. In this study, applicability of vibration mode shapes of delaminated concrete section is investigated for visualization of delamination region in concrete structures. Numerical and experimental modal tests are performed to estimate mode shapes of delaminated concrete section and linear absolute summation technique is proposed for effective visualization of delamination region based on estimated mode shapes.
There is greater significance in identifying the incipient damages in structures at the time of their initiation as timely rectification of these minor incipient cracks can save huge maintenance cost. However, the change in the global dynamic characteristics of a structure due to these subtle damages are insignificant enough to detect using the majority of the current damage diagnostic techniques. Keeping this in view, we propose a hybrid damage diagnostic technique for detection of minor incipient damages in the structures. In the proposed automated hybrid algorithm, the raw dynamic signatures obtained from the structure are decomposed to uni-modal signals and the dynamic signature are reconstructed by identifying and combining only the uni-modal signals altered by the minor incipient damage. We use these reconstructed signals for damage diagnostics using ARMAX model. Numerical simulation studies are carried out to investigate and evaluate the proposed hybrid damage diagnostic algorithm and their capability in identifying minor/incipient damage with noisy measurements. Finally, experimental studies on a beam are also presented to compliment the numerical simulations in order to demonstrate the practical application of the proposed algorithm.
An algorithm to locate and estimate severity of damage in jacket-type offshore structures for which modal responses are availabit' for very few vibrational modes is presented. First, a theory of damage locaization and severity estimation(which yields information on the location and severity of damage directly from changes in mode shapes) is formulated. Next, the feasibility the damage detection algorithm is demonstrated by using a numerical example of an offshore jacket platform for which only three vibration modes are measured. Form the material presented here, two major results are observed. First, all damage locations in the offshore jacket platform are correctly predicted. Next, predicted damage is relatively correctly estimated.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.3
s.120
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pp.257-263
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2007
Detection of structural damage is an inverse problem in structural engineering. There are three main questions in the damage detection: existence, location and extent of the damage. In concept, the natural frequency and mode shapes of any structure must satisfy an eigenvalue problem. But, if a potential damage exists in a structure, an error resulting from the substitution of the refined analytical finite element model and measured modal data into the structural eigenvalue equation will occur, which is called the residual modal forces, and can be used as an indicator of potential damage in a structure. In this study, a useful damage detection method is proposed and compared with other two methods. Two degree-of-freedom system and Cantilever beam are used to demonstrate the approach. And the results of three introduced method are compared.
The purpose of this study is to develop an effective iterative two-stage method (ITSM) for structural damage identification of offshore platform structures. In each iteration, a new damage index, Modal Energy-Based Damage Index (MEBI), is proposed to help effectively locate the potential damage elements in the first stage. Then, in the second stage, the beetle antenna search (BAS) algorithm is used to estimate the damage severity of these elements. Compared with the well-known particle swarm optimization (PSO) algorithm and genetic algorithm (GA), this algorithm has lower computational cost. A modal energy based objective function for the optimization process is proposed. Using numerical and experimental data, the efficiency and accuracy of the ITSM are studied. The effects of measurement noise and spatial incompleteness of mode shape are both considered. All the obtained results show that under these influences, the ITSM can accurately identify the true location and severity of damage. The results also show that the objective function based on modal energy is most suitable for the ITSM compared with that based on flexibility and weighted natural frequency-mode shape.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.2
s.72
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pp.125-138
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2006
The use of system identification approaches for damage detection has been expanded in recent years owing to the advancements in data acquisition system andinformation processing techniques. Soft computing techniques such as neural networks and genetic algorithm have been utilized increasingly for this end due to their excellent pattern recognition capability. In this study, damage detection of bridge structures using neural networks technique based on the modal properties is presented, which can effectively consider the modeling uncertainty in the analysis model from which the training patterns are to be generated. The differences or the ratios of the mode shape components between before and after damage are used as the input to the neural networks in this method, since they are found to be less sensitive to the modeling errors than the mode shapes themselves. Two numerical example analyses on a simple beam and a multi-girder bridge are presented to demonstrate the effectiveness and applicability of the proposed method.
Due to corrosion, a large number of belt conveyors support structure in industrial plants have deteriorated. Severe corrosion may result in collapse of the structures. Therefore, practical and effective structural assessment techniques are needed. In this paper, damage identification methods based on two specific local vibration modes, named periodic and isolated local vibration modes, are proposed. The identification methods utilize the facts that support structures have many identical members repeated along the belt conveyor and there exist some local modes within a small frequency range where vibrations of these identical members are much larger than those of the other members. When one of these identical members is damaged, this member no longer vibrates in those modes. Instead, the member vibrates alone in an isolated mode with a lower frequency. A damage identification method based on frequencies comparison of these vibration modes and another method based on amplitude comparison of the periodic local vibration mode are explained. These methods do not require the baseline measurement records of undamaged structure. The methods is capable of detecting multiple damages simultaneously. The applicability of the methods is experimentally validated with a laboratory model and a real belt-conveyor support structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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