To ensure the safety and functionality of a railroad bridge, maintaining the integrity of the bridge via continuous structural health monitoring is important. However, most structural integrity monitoring methods proposed to date are based on modal responses which require the extracting process and have limited availability. In this paper, the applicability of the existing damage identification method based on free-vibration reponses to time-domain deflection shapes due to moving train load is investigated. Since the proposed method directly utilizes the time-domain responses of the structure due to the moving vehicles, the extracting process for modal responses can be avoided, and the applicability of structural health evaluation can be enhanced. The feasibility of the presented method is verified via a numerical example of a simple plate girder bridge.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.34
no.1
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pp.38-43
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2014
An experimental method based on flexural wave propagation is proposed for identification of structural damage in rail fastening systems. The vibration of a rail clamped and supported by viscoelastic pads is significantly influenced by dynamic support properties. Formation of a defect in the rail fastening system induces changes in the flexural wave propagation characteristics owning to the discontinuity in the structural properties. In this study, frequency-dependent support stiffness was measured to monitor this change by a transfer function method. The sensitivity of wave propagation on the defect was measured from the potential energy stored in a continuously supported rail. Further, the damage index was defined as a correlation coefficient between the change in the support stiffness and the sensitivity. The defect location was identified from the calculated damage index.
Kim, Kang Seok;Nah, Hwan Seon;Lee, Hyeon Ju;Lee, Kang Min;Yoo, Kyung Seok
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.1
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pp.120-128
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2011
Recently, safety diagnosis of the existing structures has been emerged as important issue. In particular, systematical and precise safety diagnostics for steel structures for power substation, have been required. Steel structures for power substation are under the periodical impact loads from operations of gas insulated switchgear. These loading condition accelerates damage and aging of structure. The objective of this research is to evaluate damage of structure under periodical impact loads. To evaluate the integrity of structures as organizing mathematical models including the dynamic characteristics of structures, Frequency Domain Decomposition method was choiced and an algorism was proposed. For verifying this methods and algorism, a mathematical model is composed of the development of a variety of reverse analysis and a signal processing technology reflecting physical damage of structures. A series of analysis and test results indicatge that proposed method has a confidence for applying a filed test. Therefore, it is expected to be able to take advantage of system identification to detect damage for the maintenance and management of steel structures under periodical impact loads such as power substation.
The objective of this research is to develop the impact monitoring techniques providing impact identification and damage diagnostics of smart composite laminates susceptible to impacts. This can be implemented simultaneously by using the acoustic waves by the impact loads and the acoustic emission waves from damage. In the previous research, we have discussed the impact location detection process in which impact generated acoustic waves are detected by PZT using the improved neural network paradigm. This paper describes the implementation of time-frequency analysis such as the Short-Time Fourier Transform (STFT) and the Wavelet Transform (WT) on the determination of the occurrence and the estimation of damage.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.7-15
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2002
In this paper, the nonlinear parameter estimation method using the estimated hysteresis of each structural members was studied for the purpose of efficient seismic damage prediction and estimation of MDOF nonlinear structural model in the shaking table test. The hysteresis of each structural members can be obtained by the conversion of measured response histories into relative motions of each structural members and member forces. These hysteresis can be used to evaluate various kinds of damage indices of each structural members. The MDOF nonlinear structural model for further analysis(re-analysis) can be easily reconstructed using estimated nonlinear structural parameters of each structural members. To demonstrate the proposed techniques, several numerical and experimental example analyses are carried out. The results indicate that the proposed method can be very useful to assess local seismic damages of structures.
Structural Health Monitoring (SHM) of steel towers has become a hot research topic. From the literature, it is impractical and impossible to develop a "general" method that can detect all kinds of damages for all types of structures. A practical method should make use of the characteristics of the type of structures and the kind of damages. This paper reports a feasibility study on the use of measured modal parameters for the detection of damaged braces of tower structures following the Bayesian probabilistic approach. A substructure-based structural model-updating scheme, which groups different parts of the target structure systematically and is specially designed for tower structures, is developed to identify the stiffness distributions of the target structure under the undamaged and possibly damaged conditions. By comparing the identified stiffness distributions, the damage locations and the corresponding damage extents can be detected. By following the Bayesian theory, the probability model of the uncertain parameters is derived. The most probable model of the steel tower can be obtained by maximizing the probability density function (PDF) of the model parameters. Experimental case studies were employed to verify the proposed method. The contributions of this paper are not only on the proposal of the substructure-based Bayesian model updating method but also on the verification of the proposed methodology through measured data from a scale model of transmission tower under laboratory conditions.
A journal bearing is used in a hydrodynamic lubrication state, but it becomes a boundary lubrication state that asperity of a contact part touch each other when pressure is too high and an enough oil film is not formed by viscosity change due to lubricating oil temperature. At this time, abrasion due to contact between a journal and a bearing is unavoidable, and scuffing damage that the journal adheres to the bearing occurs if the process is repeated. Damage of the journal bearing is an important problem because it gives huge damage to a machine and can generate large accidents such as economic loss and human life damage. In this study, method for using the pull-up resistor concept was introduced as the monitoring technology. This monitoring system is important to enhance reliability of the engine.
Minte, Zhang;Tong, Guo;Ruizhao, Zhu;Yueran, Zong;Zhihong, Pan
Smart Structures and Systems
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v.30
no.6
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pp.557-569
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2022
Vibration-based structural health monitoring (SHM) is crucial for the dynamic maintenance of civil building structures to protect property security and the lives of the public. Analyzing these vibrations with modern artificial intelligence and deep learning (DL) methods is a new trend. This paper proposed an unsupervised deep learning method based on a convolutional autoencoder (CAE), which can overcome the limitations of conventional supervised deep learning. With the convolutional core applied to the DL network, the method can extract features self-adaptively and efficiently. The effectiveness of the method in detecting damage is then tested using a benchmark model. Thereafter, this method is used to detect damage and instant disaster events in a rubber bearing-isolated gymnasium structure. The results indicate that the method enables the CAE network to learn the intact vibrations, so as to distinguish between different damage states of the benchmark model, and the outcome meets the high-dimensional data distribution characteristics visualized by the t-SNE method. Besides, the CAE-based network trained with daily vibrations of the isolating layer in the gymnasium can precisely recover newly collected vibration and detect the occurrence of the ground motion. The proposed method is effective at identifying nonlinear variations in the dynamic responses and has the potential to be used for structural condition assessment and safety warning.
Guangwei Lin;Yi Zhang;Enjian Cai;Taisen Zhao;Zhaoyan Li
Smart Structures and Systems
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v.32
no.1
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pp.61-81
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2023
This study presents an ensemble learning based Bayesian model updating approach for structural damage diagnosis. In the developed framework, the structure is initially decomposed into a set of substructures. The autoregressive moving average (ARMAX) model is established first for structural damage localization based structural motion equation. The wavelet packet decomposition is utilized to extract the damage-sensitive node energy in different frequency bands for constructing structural surrogate models. Four methods, including Kriging predictor (KRG), radial basis function neural network (RBFNN), support vector regression (SVR), and multivariate adaptive regression splines (MARS), are selected as candidate structural surrogate models. These models are then resampled by bootstrapping and combined to obtain an ensemble model by probabilistic ensemble. Meanwhile, the maximum entropy principal is adopted to search for new design points for sample space updating, yielding a more robust ensemble model. Through the iterations, a framework of surrogate ensemble learning based model updating with high model construction efficiency and accuracy is proposed. The specificities of the method are discussed and investigated in a case study.
After a disaster like the catastrophic earthquake, the government have to use rapid assessment of the condition (or damage) of bridges, buildings and other infrastructures is mandatory for rapid feedbacks, rescue and post-event management. Many domain schemes based on the measured vibration computations, including least squares estimation and neural fuzzy logic control, have been studied and found to be effective for online/offline monitoring of structural damage. Traditional strategies require all external stimulus data (input data) which have been measured available, but this may not be the generalized for all structures. In this article, a new method with unknown inputs (excitations) is provided to identify structural matrix such as stiffness, mass, damping and other nonlinear parts, unknown disturbances for example. An analytical solution is thus constructed and presented because the solution in the existing literature has not been available. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage. Simulation results of linear and nonlinear structures show that the proposed method is able to identify structural parameters and their changes due to damage and unknown excitations. Therefore, the goal is believed to achieved in the near future by the ongoing development of AI and control theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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