KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
/
v.29
no.5A
/
pp.421-431
/
2009
This paper is the study on the verification of structural health monitoring (SHM) algorithm based on the ultrasonic guided wave. An active inspection system using Lamb wave (LW) for SHM was considered. The basic study about the application of this algorithm was performed for detecting the circular notch defect in steel plate. LW testing technique, pitch-catch method, was used for interpretation of circular notch defect with depth of 50% of plate thickness and 7 mm width. Damage characterization takes place by comparing $S_0$ mode sensor signals collected before and after the damage event. By subtracting the signals of both conditions from each other, a scatter signal is produced which can be used for damage localization. The continuous Gabor wavelet transform is used to attain the time between the arrivals of the scatter and sensor signals. A new practical damage monitoring algorithm, based on damage monitoring polygon and pitch-catch method, has been proposed and verified with good accuracy. The possible damage location can be estimated by the average on calculated location points and the damage extent by the standard deviation.
In recent years, multifractal-based analysis methods have been widely applied in engineering. Among these methods, multifractal detrended cross-correlation analysis (MFDXA), a branch of fractal analysis, has been successfully applied in the fields of finance and biomedicine. For its great potential in reflecting the subtle characteristic among signals, a structural health monitoring (SHM) system based on MFDXA is proposed. In this system, damage assessment is conducted by exploiting the concept of multifractal theory to quantify the complexity of the vibration signal measured from a structure. According to the proposed algorithm, the damage condition is first distinguished by multifractal detrended fluctuation analysis. Subsequently, the relationship between the q-order, q-order detrended covariance, and length of segment is further explored. The dissimilarity between damaged and undamaged cases is visualized on contour diagrams, and the damage location can thus be detected using signals measured from different floors. Moreover, a damage index is proposed to efficiently enhance the SHM process. A seven-story benchmark structure, located at the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), was employed for an experimental verification to demonstrate the performance of the proposed SHM algorithm. According to the results, the damage condition and orientation could be correctly identified using the MFDXA algorithm and the proposed damage index. Since only the ambient vibration signal is required along with a set of initial reference measurements, the proposed SHM system can provide a lower cost, efficient, and reliable monitoring process.
A flexibility-based distributed computing strategy (DCS) for structural health monitoring (SHM) has recently been proposed which is suitable for implementation on a network of densely distributed smart sensors. This approach uses a hierarchical strategy in which adjacent smart sensors are grouped together to form sensor communities. A flexibility-based damage detection method is employed to evaluate the condition of the local elements within the communities by utilizing only locally measured information. The damage detection results in these communities are then communicated with the surrounding communities and sent back to a central station. Structural health monitoring can be done without relying on central data acquisition and processing. The main purpose of this paper is to experimentally verify this flexibility-based DCS approach using wired sensors; such verification is essential prior to implementation on a smart sensor platform. The damage locating vector method that forms foundation of the DCS approach is briefly reviewed, followed by an overview of the DCS approach. This flexibility-based approach is then experimentally verified employing a 5.6 m long three-dimensional truss structure. To simulate damage in the structure, the original truss members are replaced by ones with a reduced cross section. Both single and multiple damage scenarios are studied. Experimental results show that the DCS approach can successfully detect the damage at local elements using only locally measured information.
Quoc-Bao Ta;Quang-Quang Pham;Ngoc-Lan Pham;Jeong-Tae Kim
Structural Monitoring and Maintenance
/
v.10
no.1
/
pp.43-62
/
2023
Damage monitoring is a prerequisite step to ensure the safety and performance of concrete structures. Smart aggregate (SA) technique has been proven for its advantage to detect early-stage internal cracks in concrete. In this study, a 1-D CNN-based method is developed for autonomously classifying the damage feature in a concrete anchorage zone using the raw impedance signatures of the embedded SA sensor. Firstly, an overview of the developed method is presented. The fundamental theory of the SA technique is outlined. Also, a 1-D CNN classification model using the impedance signals is constructed. Secondly, the experiment on the SA-embedded concrete anchorage zone is carried out, and the impedance signals of the SA sensor are recorded under different applied force levels. Finally, the feasibility of the developed 1-D CNN model is examined to classify concrete damage features via noise-contaminated signals. The results show that the developed method can accurately classify the damaged features in the concrete anchorage zone.
Lynch, Jerome Peter;Sundararajan, Arvind;Law, Kincho H.;Kiremidjian, Anne S.;Kenny, Thomas;Carryer, Ed
Structural Engineering and Mechanics
/
v.15
no.3
/
pp.285-297
/
2003
Complementing recent advances made in the field of structural health monitoring and damage detection, the concept of a wireless sensing network with distributed computational power is proposed. The fundamental building block of the proposed sensing network is a wireless sensing unit capable of acquiring measurement data, interrogating the data and transmitting the data in real time. The computational core of a prototype wireless sensing unit can potentially be utilized for execution of embedded engineering analyses such as damage detection and system identification. To illustrate the computational capabilities of the proposed wireless sensing unit, the fast Fourier transform and auto-regressive time-series modeling are locally executed by the unit. Fast Fourier transforms and auto-regressive models are two important techniques that have been previously used for the identification of damage in structural systems. Their embedment illustrates the computational capabilities of the prototype wireless sensing unit and suggests strong potential for unit installation in automated structural health monitoring systems.
Im, Seok Been;Cloudt, Harding C.;Fogle, Jeffrey A.;Hurlebaus, Stefan
Smart Structures and Systems
/
v.12
no.3_4
/
pp.427-440
/
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.
This paper proposes a data-driven methodology for online early damage identification under changing environmental conditions. The proposed method relies on two data analysis methods: feature-based method and hybrid principal component analysis (PCA) and kernel PCA to separate damage from environmental influences. First, spectral sub-band features, namely, spectral sub-band centroids (SSCs) and log spectral sub-band energies (LSSEs), are proposed as damage-sensitive features to extract damage information from measured structural responses. Second, hybrid modeling by integrating PCA and kernel PCA is performed on the spectral sub-band feature matrix for data normalization to extract both linear and nonlinear features for nonlinear procedure monitoring. After feature normalization, suppressing environmental effects, the control charts (Hotelling T2 and SPE statistics) is implemented to novelty detection and distinguish damage in structures. The hybrid PCA-KPCA technique is compared to KPCA by applying support vector machine (SVM) to evaluate the effectiveness of its performance in detecting damage. The proposed method is verified through numerical and full-scale studies (a Bridge Health Monitoring (BHM) Benchmark Problem and a cable-stayed bridge in China). The results demonstrate that the proposed method can detect the structural damage accurately and reduce false alarms by suppressing the effects and interference of environmental variations.
In this paper, a numerical methodology for health monitoring of weldment was proposed using finite element method coupled with continuum damage mechanics. The welding-induced residual stress distribution of T-joint weldment was calculated using a commercial finite element package SYSWELD+. The distribution of latent damage was evaluated from the stress and strain components taken as the output of a finite element calculation. Numerical examples were given to demonstrate the usefulness of this so-called "post-processing approach" in the case of welding-induced damage assessment.
This paper proposes using the multi-type sensor vibration measurements, such as from a relative displacement sensors and a traditional accelerometer for the damage detection of shear connectors in composite bridge under moving loads. Hilbert-Huang Transform (HHT) spectra of these responses will be fused with a data fusion approach i.e., Dempster-Shafer method, to detect the damage of shear connectors. Experimental studies on a composite bridge model in the laboratory are conducted to demonstrate the effectiveness and performance of using the proposed approach in detecting the damage of shear connectors in composite bridges. Both undamaged and damaged scenarios are considered. The detection results with the data fusion of multi-type sensor measurements show a more reliable and robust performance and accuracy, avoiding the false identifications.
In this paper, a hybrid vibration-impedance-based damage monitoring approach is experimentally evaluated for prestressed concrete (PSC) structures with local strand breakage. Firstly, the hybrid monitoring scheme is designed to alert damage occurrence from changes in vibration characteristics and to localize strand breakage from changes in impedance signatures. Secondly, a full-scale PSC anchorage is experimented to measure global vibration responses and local impedance responses under a sequence of simulated strand-breakage events. Finally, the measured data are analyzed using the hybrid monitoring framework. The change of structural condition (i.e., damage extent) induced by the local strand breakage is estimated by changes in a few natural frequencies obtained from a few accelerometers in the structure. The damaged strand is locally identified by tomography analysis of impedance features measured via an array of PZT (lead-zirconate-titanate) sensors mounted on the anchorage. Experimental results demonstrate that the strand breakage in the PSC structure can be accurately assessed by using the combined vibration and impedance features.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.