Providakis, Costas;Stefanaki, K.;Voutetaki, M.;Tsompanakis, J.;Stavroulaki, M.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.1
no.2
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pp.159-171
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2014
Real-time near and far-field monitoring of concrete structural components gives enough information on the time and condition at which damage occurs, thereby facilitating damage detection while in the same time evaluate the cause of the damage. This paper experimentally investigates an integrated monitoring technique for near and far-field damage detection in concrete structures based on simultaneous use of electromechanical admittance technique in combination with guided wave propagation. The proposed sensing system does not measure the electromechanical admittance itself but detect time variations in output voltages of the response signal obtained across the electrodes of piezoelectric transducers bonded on surfaces of concrete structures. The damage identification is based on the spectral estimation MUSIC algorithm. Experimental results show the efficiency and performance of the proposed measuring technique.
This study presents the Big Bang and Big Crunch (BB-BC) optimization algorithm for detection of structure damage in large severity. Local damage is represented by a perturbation in the elemental stiffness parameter of the structural finite element model. A nonlinear objective function is established by minimizing the discrepancies between the measured and calculated acceleration responses (AR) of the structure. The BB-BC algorithm is utilized to solve the objective function, which can localize the damage position and obtain the severity of the damage efficiently. Numerical simulations have been conducted to identify both single and multiple structural damages for beam, plate and European Space Agency Structures. The present approach gives accurate identification results with artificial measurement noise.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.414-421
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1998
The content of this paper consists of two related subjects. One is the assessment of damages in the existing structure and the other is the evaluation of seismic capacity of the structure with damage. A method is presented for damage assessment of existing structures using the modal data measured at limited points by the inverse medal perturbation technique. For efficient damage assessment, the number of the unknown probable damaged members is reduced for each damage identification by grouping the members in the large structure. The aseismic capacity is evaluated for the structure using the results of damage assessment. An example analysis is carried out for a building structure subjected to different earthquake excitations.
This article proposes a new methodology for identifying beam damage based on changes in modal parameters using the Double Stage Extended Improved Particle Swarm Optimization (DSEIPSO) technique. A finite element code is first developed in MATLAB to model an ideal beam structure based on classical beam theory. An experimental study is then performed on a laboratory-scale beam, and the modal parameters are extracted. An improved version of the PSO algorithm is employed to update the finite element model based on the experimental measurements, representing the real structure and forming the baseline model for all further damage detection. Subsequently, structural damages are introduced in the experimental beam. The DSEIPSO algorithm is then utilized to optimize the objective function, formulated using the obtained mode shapes and the natural frequencies from the damaged and undamaged beams to identify the exact location and extent of the damage. Experimentally obtained resultsfrom a simple cantilever beam are used to validate the effectiveness of the proposed method. The illustrated results show the effectiveness of the proposed method for structural damage detection in the SHM field.
A simply structural damage detection software is developed to identification damage in beams. According to linear fracture mechanics theory, the localized additional flexibility in damage vicinity can be represented by a lumped parameter element. The damaged beam is modeled by wavelet-based elements to gain the first three frequencies precisely. The first three frequencies influencing functions of damage location and depth are approximated by means of surface-fitting techniques to gain damage detection database of forward problem. Then the first three measured natural frequencies are employed as inputs to solve inverse problem and the intersection of the three frequencies contour lines predict the damage location and depth. The DLL (Dynamic Linkable Library) file of damage detection method is coded by C++ and the corresponding interface of software is coded by virtual instrument software LabVIEW. Finally, the software is tested on beams and shafts in engineering. It is shown that the presented software can be used in actual engineering structures.
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 bridge structures, damage may induce an additional deflection which may naturally contain essential information about the damage. However, inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location and severity is generally complex, particularly for statically indeterminate systems. In this paper, a new load concept, called the positive-bending-inspection-load (PBIL) is proposed to construct a simple inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location. A PBIL for an inspection region is defined as a load or a system of loads which guarantees the bending moment to be positive in the inspection region. From the theoretical investigations, it was proven that the damage-induced chord-wise deflection (DI-CD) has the maximum value with the abrupt change in its slope at the damage location under a PBIL. Hence, a novel damage localization method is proposed based on the DI-CD under a PBIL. The procedure may be summarized as: (1) identification of the modal flexibility matrices from acceleration measurements, (2) design for a PBIL for an inspection region of interest in a structure, (3) calculation of the chord-wise deflections for the PBIL using the modal flexibility matrices, and (4) damage localization by finding the location with the maximum DI-CD with the abrupt change in its slope within the inspection region. Procedures from (2)-(4) can be repeated for several inspection regions to cover the whole structure complementarily. Numerical verification studies were carried out on a simply supported beam and a three-span continuous beam model. Experimental verification study was also carried out on a two-span continuous beam structure with a steel box-girder. It was found that the proposed method can identify the damage existence and damage location for small damage cases with narrow cuts at the bottom flange.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.2
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pp.1-15
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1997
This paper presents substructural identification methods for the assessment of local damages in complex and large structural systems. For this purpose, an auto-regressive and moving average with stochastic input (ARMAX) model is derived for a substructure to process the measurement data impaired by noises. Using the substructural methods, the number of unknown parameters for each identification can be significantly reduced, hence the convergence and accuracy of estimation can be improved. Secondly, the damage index is defined as the ratio of the current stiffness to the baseline value at each element for the damage assessment. The indirect estimation method was performed using the estimated results from the identification of the system matrices from the substructural identification. To demonstrate the proposed techniques, several simulation and experimental example analyses are carried out for structural models of a 2-span truss structure, a 3-span continuous beam model and 3-story building model. The results indicate that the present substructural identification method and damage estimation methods are effective and efficient for local damage estimation of complex structures.
This study investigated propagation characteristics of piezo-activated guided waves in an aluminium rectangular-section tube for the purpose of damage identification. Changes in propagating velocity and amplitude of the first wave packet in acquired signals were observed in the frequency range from 50 to 250 kHz. The difference in guided wave propagation between rectangular- and circular-section tubes was examined using finite element simulation, demonstrating a great challenge in interpretation of guided wave signals in rectangular-section tubes. An active sensor network, consisting of nine PZT elements bonded on different surfaces of the tube, was configured to collect the wave signals scattered from through-thickness holes of different diameters. It was found that guided waves were capable of propagating across the sharp tube curvatures while retaining sensitivity to damage, even that not located on the surfaces where actuators/sensors were attached. Signal correlation between the intact and damaged structures was evaluated with the assistance of a concept of digital damage fingerprints (DDFs). The probability of the presence of damage on the unfolded tube surface was thus obtained, by which means the position of damage was identified with good accuracy.
This paper presents an efficient algorithm for the estimation of damage location and severity in bridge structures using Probabilistic Neural Network (PNN). Generally, the Back Propagation Neural Network (BPNN)-based damage detection methods need a lot of training patterns for neural network learning process and the optimum architecture of a BPNN is selected by trial and error. In this paper, the PNN instead of the conventional BPNN is used as a pattern classifier. The modal properties of damaged structure are somewhat different from those of undamaged one. The basic idea of proposed algorithm is that the PNN classifies a test pattern which consists of the modal characteristics from damaged structure, how close it is to each training pattern which is composed of the modal characteristics from various structural damage cases. In this algorithm, two PNNs are sequentially used. The first PNN estimates the damage location using mode shape and the results of the first PNN are put into the second PNN for the damage severity estimation using natural frequency. The proposed damage assessment algorithm using the PNN is applied to a cable-stayed bridge to verify its applicability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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