Yazdanpanah, O.;Seyedpoor, S.M.;Bengar, H. Akbarzadeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.4
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pp.725-744
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2015
In this paper, a new damage indicator based on mode shape data is introduced to identify damage in beam structures. In order to construct the indicator proposed, the mode shape, mode shape slope and mode shape curvature of a beam before and after damage are utilized. Mode shape data of the beam are first obtained here using a finite element modeling and then the slope and curvature of mode shape are evaluated via the central finite difference method. In order to assess the robustness of the proposed indicator, two test examples including a simply supported beam and a two-span beam are considered. Numerical results demonstrate that using the proposed indicator, the location of single and multiple damage cases having different characteristics can be accurately determined. Moreover, the indicator shows a better performance when compared with a well-known indicator found in the literature.
A new method of multiple damage detection in beam like structures is introduced. The mode shapes of both healthy and damaged structures are used in damage detection process (DDP). Multiple Damage Localization Index Based on Mode Shapes (MDLIBMS) is presented as a criterion in detecting damaged elements. A finite element modeling of structures is used to calculate the mode shapes parameters. The main advantages of the proposed method are its simplicity, flexibility on the number of elements and so the accuracy of the damage(s) position(s), sensitivity to small damage extend, capability in prediction of required number of mode shapes and low sensitivity to noisy data. In fact, because of differential and comparative form of MDLIBMS, using noise polluted data doesn't have major effect on the results. This makes the proposed method a powerful one in damage detection according to measured mode shape data. Because of its flexibility, damage detection process in multi span bridge girders with non-prismatic sections can be done by this method. Numerical simulations used to demonstrate these advantages.
Due to structural complicacy, structural health monitoring for civil engineering needs more accurate and effectual methods of damage identification. This study aims to import multi-source information fusion (MSIF) into structural damage diagnosis to improve the validity of damage detection. Firstly, the essential theory and applied mathematic methods of MSIF are introduced. And then, the structural damage identification method based on multi-mode information fusion is put forward. Later, on the basis of a numerical simulation of a concrete continuous box beam bridge, it is obviously indicated that the improved modal strain energy method based on multi-mode information fusion has nicer sensitivity to structural initial damage and favorable robusticity to noise. Compared with the classical modal strain energy method, this damage identification method needs much less modal information to detect structural initial damage. When the noise intensity is less than or equal to 10%, this method can identify structural initial damage well and truly. In a word, this structural damage identification method based on multi-mode information fusion has better effects of structural damage identification and good practicability to actual structures.
This paper investigated the damage transition mechanism between the fiber-breaking mode and the fiber-avoiding crack mode when the fiber-length is reduced in the unidirectional discontinuous carbon fiber-reinforced-plastics (CFRP) composites. The critical fiber-length for the transition is a key parameter for the manufacturing of flexible and high-strength CFRP composites with thermoset resin, because below this limit, we cannot take full advantage of the superior strength properties of fibers. For this discussion, we presented a numerical model for the microscopic damage and fracture of unidirectional discontinuous fiber-reinforced plastics. The model addressed the microscopic damage generated in these composites; the matrix crack with continuum damage mechanics model and the fiber breakage with the Weibull model for fiber strengths. With this numerical model, the damage transition behavior was discussed when the fiber length was varied. The comparison revealed that the length of discontinuous fibers in composites influences the formation and growth of the cluster of fiber-end damage, which causes the damage mode transition. Since the composite strength is significantly reduced below the critical fiber-length for the transition to fiber-avoiding crack mode, we should understand the damage mode transition appropriately with the analysis on the cluster growth of fiber-end damage.
This study presents the application of two indices for the locating of cracks in Reinforced Concrete (RC) structures, as well as the development of their modified forms to overcome limitations. The first index is based on mode shape curvature and the second index is based on the fourth derivative of the mode shape. In order to confirm the indices' effectiveness, both eigenvalues coupled with nonlinear static analyses were carried out and the eigenvectors for two different damage locations and intensities of load were obtained from the finite element model of RC beams. The values of the damage-locating indices derived using both indices were then compared. Generally, the mode shape curvature-based index suffered from insensitivity when attempting to detect the damage location; this also applied to the mode shape fourth derivative-based index at lower modes. However, at higher modes, the mode shape fourth derivative-based index gave an acceptable indication of the damage location. Both the indices showed inconsistencies and anomalies at the supports. This study proposed modification to both indices to overcome identified flaws. The results proved that modified forms exhibited better sensitivity for identifying the damage location. In addition, anomalies at the supports were eliminated.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.3-10
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2018
Damage location and extent of structure could be detected by the inverse analysis on dynamic response properties such as frequencies and mode shapes. In practice the measured difference of natural frequencies represent the stiffness change reliably, however the measured mode shape is insensitive for stiffness change, but provides spatial information of damage. The damage detection index on shear building structures is formulated in this study. The damage detection index could be estimated from mode shape and srory stiffness of undamaged structure and frequency difference between undamaged and damaged structure. For the verification of the observed damage detection method, the numerical analysis of Matlab and MIDAS and shacking table test were performed. In results, the damage index of damaged story was estimated so higher than undamaged stories that indicates the damaged story apparently.
A series of experimental tests have been performed on a tube beam in which artificial damage is applied in order to address damage detectability using modal analysis. Modal parameters considered are frequency, displacement mode shape and strain mode shape CoMAC(Coordinate Modal Assurance Criterion) and Modal Vector Error have been adopted for presenting the change of displacement mode shape and strain mode shape. It is revealed strain mode shape is the most sensitive to damage.
Hertzian indentation tests with sphere indenters were used to study the mechanical properties of glass-in-filtrated alumina and spinel composites and evaluated the effect of preform microstructure and evaluated the effect of preform microstructure and glass con-tents on contanct damage and strength. The spinel composite showed more brittle behavior than the alumina composite which is verified from indentation stress-strain curve cone cracks and quasi-plastic deformation developed at subsurface. Failure originated from either cone cracks(brittle mode) or deformation zone(quasi-plastic mode) above critical load for cracking(Pc) and yield ({{{{ {P }_{Y } }}) with the brittle mode more dominant in the spinels and the quasi-plastic mode more dominant in the aluminas. Even though brittle mode was dominant in the spinel composites the strength degradation from accumulation of damage above these critical loads was conspicuously small suggesting that the glass-infiltrated composites should be highly damage tolerant to the blunt contacts.
An accurate non-model-based method for delamination identification of laminated composite plates is proposed in this work. A weighted mode shape damage index is formulated using squared weighted difference between a measured mode shape of a composite plate with delamination and one from a polynomial that fits the measured mode shape of the composite plate with a proper order. Weighted mode shape damage indices associated with at least two measured mode shapes of the same mode are synthesized to formulate a synthetic mode shape damage index to exclude some false positive identification results due to measurement noise and error. An auxiliary mode shape damage index is proposed to further assist delamination identification, by which some false negative identification results can be excluded and edges of a delamination area can be accurately and completely identified. Both numerical and experimental examples are presented to investigate effectiveness of the proposed method, and it is shown that edges of a delamination area in composite plates can be accurately and completely identified when measured mode shapes are contaminated by measurement noise and error. In the experimental example, identification results of a composite plate with delamination from the proposed method are validated by its C-scan image.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.43-58
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2002
A methodology to nondestructively locate and estimate size of damage in beam-type structures using a few natural frequencies or a few mode shapes is presented. A damage-localization algorithm to locate damage from changes in natural frequencies and a damage-sizing algorithm to estimate crack-size from natural frequency perturbation are outlined. A damage index algorithm to localize and estimate severity of damage from monitoring changes in mode shapes is outlined. The frequency-based method and the mode-shape-based method are evaluated for several damage scenarios by locating and sizing damage in PS concrete beams lot which a few natural frequencies and mode shapes are generated from finite element models. The result of the analyses indicates that the two methods correctly localize and closely estimate the size of the crack simulated in the test beam.
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