Pei Yi Siow;Zhi Chao Ong;Shin Yee Khoo;Kok-Sing Lim;Bee Teng Chew
Smart Structures and Systems
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제31권5호
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pp.485-500
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2023
Machine learning-based structural health monitoring (ML-based SHM) methods are researched extensively in the recent decade due to the availability of advanced information and sensing technology. ML methods are well-known for their pattern recognition capability for complex problems. However, the main obstacle of ML-based SHM is that it often requires pre-collected historical data for model training. In most actual scenarios, damage presence can be detected using the unsupervised learning method through anomaly detection, but to further identify the damage types would require prior knowledge or historical events as references. This creates the cold-start problem, especially for new and unobserved structures. Modal-based methods identify damages based on the changes in the structural global properties but often require dense measurements for accurate results. Therefore, a two-stage hybrid modal-machine learning damage detection scheme is proposed. The first stage detects damage presence using Principal Component Analysis-Frequency Response Function (PCA-FRF) in an unsupervised manner, whereas the second stage further identifies the damage. To solve the cold-start problem, mode shape assessment using the first mode is initiated when no trained model is available yet in the second stage. The damage identified by the modal-based method would be stored for future training. This work highlights the performance of the scheme in alleviating the cold-start issue as it transitions through different phases, starting from zero damage sample available. Results showed that single and multiple damages can be identified at an acceptable accuracy level even when training samples are limited.
Recently, some integrated structural identification/damage detection and reliability evaluation of structures with uncertainties have been proposed. However, these techniques are applicable for off-line synthesis of structural identification and reliability evaluation. In this paper, based on the recursive formulation of the extended Kalman filter, an on-line integration of structural identification/damage detection and reliability evaluation of stochastic building structures is investigated. Structural limit state is expanded by the Taylor series in terms of uncertain variables to obtain the probability density function (PDF). Both structural component reliability with only one limit state function and system reliability with multi-limit state functions are studied. Then, it is extended to adopt the recent extended Kalman filter with unknown input (EKF-UI) proposed by the authors for on-line integration of structural identification/damage detection and structural reliability evaluation of stochastic building structures subject to unknown excitations. Numerical examples are used to demonstrate the proposed method. The evaluated results of structural component reliability and structural system reliability are compared with those by the Monte Carlo simulation to validate the performances of the proposed method.
주파수 응답함수 (FRF)를 이용하여 평판 구조물에 존재하는 손상을 규명하기 위한 새로운 구조손상 규명기법을 소개하였다. 본 연구의 구조손상 규명기법은 손상된 평판의 운동방정식으로부터 유도되었으며 손상 분포함수를 이용하여 손상의 특성을 나타내었다. 본 연구의 구조손상 규명기법의 주요 특징은 다음과 같다. 첫째, 손상된 구조물에 대한 모드 데이터를 요구하지 않으며, 둘째, 가진 주파수와 측정점을 적절히 다수 선택함으로써 손살규명에 요구되는 관계식을 확보하는데 널다 유리하다. 몇몇 수치모의실험을 통하여 본 연구에서 제안한 구조손상 규명기법의 적용가능성을 검증하였다.
Overall purposes of neuropsychological tests are summarized as follows: 1) Indentifying brain damage in individuals who have symptoms of uncertain etiology; 2) Assessing the extent and nature of deficits for forensic purposes and planning appropriate intervention; 3) Evaluating the effects of intervention or rehabilitation; 4) Examining the effects of various types of brain damage across different populations; and 5) Testing theoretical propositions about brain-behavior relationship. Of the neuropsychological tests, the Luria-Nebraska Neuropsychological Battery(LNNB) is easily transportable, relatively inexpensive, and performable by trained technician. The Korean version of LNNB is now being designed and will be used clinically in the near future. Localization and equipotential theories of brain function had been prevalent until Luria's theory of brain function. Brain, composed of three brain units in the theory, is the functional system in which each brain area has specific function and produce the function-related behavior. LNNB consists of 11 clinical scales, 5 summary scales, 8 localization scales, and 28 factor scales.
Influences on organ function were studied in animals during prolonged extracorporeal circulation with a bubble type of oxygenator. More than six hours of total cardiopulmonary bypass was performed under mild hypothermia by means of an extracorporeal circulation system in five dogs. Obtained results were summarized as follows. 1. The renal function was not so impaired seriously until four hours of extracorporeal circulation. However, there was more serious impairment of renal function in this study when extracorporeal circulation was carried out for a period of five hours or more. 2. There was gradual hepatic damage during extracorporeal circulation and the damage was more significant after bypass for a period of five to six hours. 3. There was a significant decrease in serum K during bypass, irrespective of the pump oxygenator prime with a high K solution. The reason for this is complex and due to many factors, however, it was evidently related to serum glucose levels during extracorporal circulation.
Nobahari, Mehdi;Ghasemi, Mohammad Reza;Shabakhty, Naser
Smart Structures and Systems
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제19권4호
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pp.449-461
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2017
One of the most recent methods of structural damage identification is using the difference between structures responses after and before damage occurrence. To do this one can formulate the damage detection problem as an inverse optimization problem where the extents of damage in each element are considered as the optimizations variables. To optimize the objective function, heuristic methods such as GA, PSO etc. are widely utilized. In this paper, inspired by animals such as bat, dolphin, oilbird, shrew etc. that use echolocation for finding food, a new and efficient method, called Echolocation Search Algorithm (ESA), is proposed to properly identify the site and extent of multiple damage cases in structural systems. Numerical results show that the proposed method can reliably determine the location and severity of multiple damage cases in structural systems.
A method is presented to find the location and magnitude of damage in a structure using data from dynamic tests. The test data include a combination of natural frequency measurements, taken before and after the occurrence of damage, and response measurements taken after damage. An algorithm is developed to identify localized increases in the flexibility of the structural members. Increases in flexibility are attributed to damage. The algorithm uses the sensitivity of the flexibility matrix to changes in the natural frequencies of the structure to identify the damage. A set of under determined equations is solved using an objective function which is derived from measurements of the system moments. Damage ranging from 10 to 60% increase in the flexibility of a member was successfully identified in a 50 d.o.f. structure, using a small number of natural frequency and velocity measurements.
In this paper, an innovative procedure is proposed for the seismic design of reinforced concrete frame structures. The main contribution of the proposed procedure is to minimize the construction cost, considering the uniform damage distribution over the height of structure due to earthquake excitations. As such, this procedure is structured in the framework of an optimization problem, and the initial construction cost is chosen as the objective function. The aim of uniform damage distribution is reached through a design constraint in the optimization problem. Since this aim requires defining allowable degree of damage, a damage pattern based on the concept of global collapse mechanism is presented. To show the efficiency of the proposed procedure, the uniform damage-based optimum seismic design is compared with two other seismic design procedures, which are the strength-based optimum seismic design and the damage-based optimum seismic design. By using the three different seismic design methods, three reinforced concrete frames including six-, nine-, and twelve-story with three bays are designed optimally under a same artificial earthquake. Then, to show the effects of the uniform damage distribution, all three optimized frames are used for seismic damage analysis under a suite of earthquake records. The results show that the uniform damage-based optimum seismic design method renders a design that will suffer less damage under severe earthquakes.
In this study, the frequency domain method which utilizes the evaluation of changes in the structural mode shape is adopted to identify regions which contain localized damages. Frequency response function (FRF) values corresponding to the modal frequency, analogous to the mode shape coefficients, are used since change in natural frequency of the system is usually insignificant for localized damage. This method requires only few sensors to obtain the dynamic response of the structure at specific locations to determine the FRF via fast-Fourier transform (FFT). Numerical examples of an aluminum plate, which includes damages of varying severity, locations and combinations of multiple locations, are presented to demonstrate the feasibility of the method. An experimental verification of the method is also done using an aluminum plate with two different degrees of damage, namely a half-through notch and a through notch. The inconsistency in attaining the FRF values for practical applications due to varying impact load may be overcome via statistical averaging, although large variations in the loading in terms of the contact duration should still be avoided. Nonetheless, this method needs special attention when the damages induce notable changes in the modal frequency, such as when the damages are of high severity or cover more extensive area or near the boundary where the support condition is modified. This is largely due to the significant decrease in the frequency term compared to the increase in the vibration amplitude. For practical reasons such as the use of limited number of sensors and to facilitate automation, extending the resolution of this method of identification may not be efficient. Hence, methods based on wave propagation can be employed as a complement on the isolated region to provide an accurate localization as well as to trace the geometry of the damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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