In this paper, several modal identification techniques for output-only structural systems are extensively investigated. The methods considered are the power spectral method, the frequency domain decomposition method, the Ibrahim time domain method, the eigensystem realization algorithm, and the stochastic subspace identification method. Generally, the power spectral method is most widely used in practical area, however, the other methods may give better estimates particularly for the cases with closed modes and/or with large measurement noise. Example analyses were carried out on typical structural systems under three different loading cases, and the identification performances were examined throught the comparisons between the estimates by various methods.
In this study, dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios of RC frame is determined for different construction stages using Operational Modal Analyses method under ambient vibration. Full scaled, one bay and one story RC frames are selected as an application for different construction stages such as plane, brick in-filled and brick in-filled with plaster. The RC frame is vibrated by natural excitations with small impact effects and the response signals are measured using sensitive accelerometers during ambient vibration tests. Measurement time-frequency span and effective mode number are determined by considering similar studies in literature. Sensitive seismic accelerometers are used to collect signals obtained from the experimental tests. To obtain experimental dynamic characteristics, output-only system identification technique is employed namely; Enhanced Frequency Domain Decomposition technique in the frequency domain. It is demonstrated that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of RC frames.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.2
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pp.810-831
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2019
Recently, continuous dimensional emotion recognition from audiovisual clues has attracted increasing attention in both theory and in practice. The large amount of data involved in the recognition processing decreases the efficiency of most bimodal information fusion algorithms. A novel algorithm, namely the incomplete Cholesky decomposition based kernel cross factor analysis (ICDKCFA), is presented and employed for continuous dimensional audiovisual emotion recognition, in this paper. After the ICDKCFA feature transformation, two basic fusion strategies, namely feature-level fusion and decision-level fusion, are explored to combine the transformed visual and audio features for emotion recognition. Finally, extensive experiments are conducted to evaluate the ICDKCFA approach on the AVEC 2016 Multimodal Affect Recognition Sub-Challenge dataset. The experimental results show that the ICDKCFA method has a higher speed than the original kernel cross factor analysis with the comparable performance. Moreover, the ICDKCFA method achieves a better performance than other common information fusion methods, such as the Canonical correlation analysis, kernel canonical correlation analysis and cross-modal factor analysis based fusion methods.
Liang Dong ;Zeyu Chen;Runan Hua;Siyuan Hu ;Chuanhan Fan ;xingxin Xiao
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.827-838
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2023
Centrifugal pump is a key part of nuclear power plant systems, and its health status is critical to the safety and reliability of nuclear power plants. Therefore, fault diagnosis is required for centrifugal pump. Traditional fault diagnosis methods have difficulty extracting fault features from nonlinear and non-stationary signals, resulting in low diagnostic accuracy. In this paper, a new fault diagnosis method is proposed based on the improved particle swarm optimization (IPSO) algorithm-based variational modal decomposition (VMD) and relevance vector machine (RVM). Firstly, a simulation test bench for rotor faults is built, in which vibration displacement signals of the rotor are also collected by eddy current sensors. Then, the improved particle swarm algorithm is used to optimize the VMD to achieve adaptive decomposition of vibration displacement signals. Meanwhile, a screening criterion based on the minimum Kullback-Leibler (K-L) divergence value is established to extract the primary intrinsic modal function (IMF) component. Eventually, the factors are obtained from the primary IMF component to form a fault feature vector, and fault patterns are recognized using the RVM model. The results show that the extraction of the fault information and fault diagnosis classification have been improved, and the average accuracy could reach 97.87%.
Engineering structures in operation essentially belong to time-varying or nonlinear structures and the resultant response signals are usually non-stationary. For such time-varying structures, it is of great importance to extract time-dependent dynamic parameters from non-stationary response signals, which benefits structural health monitoring, safety assessment and vibration control. However, various traditional signal processing methods are unable to extract the embedded meaningful information. As a newly developed technique, variational mode decomposition (VMD) shows its superiority on signal decomposition, however, it still suffers two main problems. The foremost problem is that the number of modal components is required to be defined in advance. Another problem needs to be addressed is that VMD cannot effectively separate non-stationary signals composed of closely spaced or overlapped modes. As such, a new method named generalized adaptive variational modal decomposition (GAVMD) is proposed. In this new method, the number of component signals is adaptively estimated by an index of mean frequency, while the generalized demodulation algorithm is introduced to yield a generalized VMD that can decompose mode overlapped signals successfully. After that, synchrosqueezing wavelet transform (SWT) is applied to extract instantaneous frequencies (IFs) of the decomposed mono-component signals. To verify the validity and accuracy of the proposed method, three numerical examples and a steel cable with time-varying tension force are investigated. The results demonstrate that the proposed GAVMD method can decompose the multi-component signal with overlapped modes well and its combination with SWT enables a successful IF extraction of each individual component.
The proper orthogonal decomposition(POD) is used to the modal analysis of microcantilever of dynamic mode atomic force microscopy(AFM). The proper orthogonal modes(POM) are extracted from vibrating signals of microcantilever when it resonates and taps the sample. We present recent ideas based on POD and detailed experiments that yield new perspectives into the microscale structures. The linearized modeling technique based on POD is very useful to show the principal characteristics of the complex dynamic responses.
This paper explores the possibility of using a combination of the empirical mode decomposition (EMD) and the Hilbert transform (HT), termed the Hilbert-Huang transform (HHT) method, to identify the modal damping ratios of the structure with closely spaced modal frequencies. The principle of the HHT method and the procedure of using the HHT method for modal damping ratio identification are briefly introduced first. The dynamic response of a two-degrees-of-freedom (2DOF) system under an impact load is then computed for a wide range of dynamic properties from well-separated modal frequencies to very closely spaced modal frequencies. The natural frequencies and modal damping ratios identified by the HHT method are compared with the theoretical values and those identified using the fast Fourier transform (FFT) method. The results show that the HHT method is superior to the FFT method in the identification of modal damping ratios of the structure with closely spaced modes of vibration. Finally, a 36-storey shear building with a 4-storey light appendage, having closely spaced modal frequencies and subjected to an ambient ground motion, is analyzed. The modal damping ratios identified by the HHT method in conjunction with the random decrement technique (RDT) are much better than those obtained by the FFT method. The HHT method performing in the frequency-time domain seems to be a promising tool for system identification of civil engineering structures.
Kim, Byounghoon;Choi, Byungki;Park, Junseok;Park, Sunggun;Ki, Hyeokgeun;Kim, Yooil
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.1
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pp.37-44
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2018
To understand the dynamic characteristics of the vessel with hydroelastic response, it is very important to estimate the dynamic modal parameters such as mode shapes, natural frequency, and damping ratio. These dynamic modal parameters of full scale ship are a priori unknowns, hence to be estimated directly based upon the full scale measurement data. In this paper, dynamic modal parameters were extracted by signal processing of acceleration and strain data measured from a large container ship whose loading capacity is 9400TEU. The mode shapes of the vibrating hull were identified using the proper orthogonal decomposition and the vibration response of hull was decomposed into its modal magnitudes. Natural frequencies of specific modes were derived via Fourier transform of these modal magnitude. Also, the free decay signal of the vibrating hull was obtained through the random decrement technique and the damping ratio was estimated with accuracy.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.2
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pp.301-314
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2015
Aiming at accurately distinguishing modeless component and natural vibration mode terms from data series of nonlinear and non-stationary processes, such as Vortex-Induced Vibration (VIV), a new empirical mode decomposition method has been developed in this paper. The key innovation related to this technique concerns the method to decompose modeless component from non-stationary process, characterized by a predetermined 'maximum intrinsic time window' and cubic spline. The introduction of conceptual modeless component eliminates the requirement of using spurious harmonics to represent nonlinear and non-stationary signals and then makes subsequent modal identification more accurate and meaningful. It neither slacks the vibration power of natural modes nor aggrandizes spurious energy of modeless component. The scale of the maximum intrinsic time window has been well designed, avoiding energy aliasing in data processing. Finally, it has been applied to analyze data series of vortex-induced vibration processes. Taking advantage of this newly introduced empirical decomposition method and mode identification technique, the vibration analysis about vortex-induced vibration becomes more meaningful.
The proper orthogonal decomposition (POD) analysis of vibration of a steel frame structure is performed to extract modal parameters. The theoretical background of the POD method is introduced briefly, and this technique is further applied to free vibration displacements of one bay-two story steel frame structure to extract the modal parameters. From the POD analysis of the steel frame structure, it is found that important modal parameters such as true mode shapes, modal kinematic energy, natural frequencies, and damping ratios can be obtained for the building efficiently and in detail. Therefore, it is concluded that the POD method could be one of the useful techniques in analysis of vibration of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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