Despite many combined research efforts outstanding needs exist to develop robust safety-estimation methods for large complex structures. This paper presents a practical damage identification scheme which can be applied to truss structures using only limited modal responses. firstly a theory of pattern recognition (PR) is described. Secondly existing damage-detection algorithms are outlined and a newly-derived algorithms for truss structures. Finally the feasibility of the proposed scheme is evaluated using numerical examples of plane truss structures.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Sreekala, R.
Computers and Concrete
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v.4
no.3
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pp.167-186
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2007
Ductility based design of reinforced concrete structures implicitly assumes certain damage under the action of a design basis earthquake. The damage undergone by a structure needs to be quantified, so as to assess the post-seismic reparability and functionality of the structure. The paper presents an analytical method of quantification and location of seismic damage, through system identification methods. It may be noted that soft ground storied buildings are the major casualties in any earthquake and hence the example structure is a soft or weak first storied one, whose seismic response and temporal variation of damage are computed using a non-linear dynamic analysis program (IDARC) and compared with a normal structure. Time period based damage identification model is used and suitably calibrated with classic damage models. Regenerated stiffness of the three degrees of freedom model (for the three storied frame) is used to locate the damage, both on-line as well as after the seismic event. Multi resolution analysis using wavelets is also used for localized damage identification for soft storey columns.
Naderi, Arash;Sohrabi, Mohammad Reza;Ghasemi, Mohammad Reza;Dizangian, Babak
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.5
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pp.585-594
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2020
Detecting the damage of indeterminate trusses is of major importance in the literature. This paper proposes a quick approach in this regard, utilizing a precise mathematical approach based on Finite Element Method. Different to a general two-step method defined in the literature essentially based on optimization approach, this method consists of three steps including Damage-Suspected Element Identification step, Imminent Damaged Element Identification step, and finally, Damage Severity Detection step and does not need any optimizing algorithm. The first step focuses on the identification of damage-suspected elements using an index based on modal residual force vector. In the second step, imminent damage elements are identified among the damage-suspected elements detected in the previous step using a specific technique. Ultimately, in the third step, a novel relation is derived to calculate the damage severity of each imminent damaged element. To show the efficiency and quick function of the proposed method, three examples including a 25-bar planar truss, a 31-bar planar truss, and a 52-bar space truss are studied; results of which indicate that the method is innovatively capable of suitably detecting, for indeterminate trusses, not only damaged elements but also their individual damage severity by carrying out solely one analysis.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.198-205
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2000
In this study, an integrated damage identification system (IDIS) using modal information to detect damage in structures is presented. The main dobjective is to develop a system of softwares that facilitates detecting damage locations and estimating damage severities in bridges. Firstly, theoretical background for IDIS is outlined. Secondly, a GUI-based IDIS software scheme are programmed. Finally, the feasibility and applicability of the IDIS software are experimentally demonstrated using small-scaled plate-girder models.
Damage evolution in the form of void nucleation, propagation and coalescence is the primary cause that is responsible for the ductile failure of microalloyed steels. The Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) damage model has proven to be extremely robust for characterizing the microscopic damage behavior of ductile metals. Nonetheless, successful applications of the model on a given metal type are limited by the correct identification of damage parameters as well as the validation of the calculated void growth rate. The purpose of this study is two-fold. First, we aim to identify the damage parameters of the GTN model for Q345 steel (Chinese code), due to its extensive application in mechanical and civil industries in China. The identification of damage parameters is facilitated by the well-suited response surface methodology, followed by a complete analysis of variance for evaluating the statistical significance of the identified model. Second, taking notched Q345 cylinders as an example, finite element simulations implemented with the identified GTN model are performed in order to analyze their microscopic damage behavior. In particular, the void growth rate predicted from the simulations is successfully correlated with experimentally measured acoustic emissions. The quantitative correlation suggests that during the yielding stage the void growth rate increases linearly with the acoustic emissions, while in the strain-hardening and softening period the dependence becomes an exponential function. The combined experimental and finite element approach provides a means for validating simulated void growth rate against experimental measurements of acoustic emissions in microalloyed steels.
A novel approach for integrating active sensing data interrogation algorithms for structural health monitoring (SHM) applications is presented. These algorithms cover Lamb wave propagation, impedance methods, and sensor diagnostics. Contrary to most active-sensing SHM techniques, which utilize only a single signal processing method for damage identification, a suite of signal processing algorithms are employed and grouped into one package to improve the damage detection capability. A MATLAB-based user interface, referred to as HOPS, was created, which allows the analyst to configure the data acquisition system and display the results from each damage identification algorithm for side-by-side comparison. By grouping a suite of algorithms into one package, this study contributes to and enhances the visibility and interpretation of the active-sensing methods related to damage identification. This paper will discuss the detailed descriptions of the damage identification techniques employed in this software and outline future issues to realize the full potential of this software.
This study develops a two stage procedure to identify the structural damage based on the optimized artificial neural networks. Initially, the modal strain energy index (MSEI) is established to extract the damaged elements and to reduce the computational time. Then the genetic algorithm (GA) and artificial neural networks (ANNs) are combined to detect the damage severity. The input of the network is modal strain energy index and the output is the flexural stiffness of the beam elements. The principal component analysis (PCA) is utilized to reduce the input variants of the neural network. By using the genetic algorithm to optimize the parameters, the ANNs can significantly improve the accuracy and convergence of the damage identification. The influence of noise on damage identification results is also studied. The simulation and experiment on beam structures shows that the adaptive parameter selection neural network can identify the damage location and severity of beam structures with high accuracy.
In the structural health monitoring field, damage detection has been commonly carried out based on the structural model and the engineering features related to the model. However, the extracted features are often subjected to various errors, which makes the pattern recognition for damage detection still challenging. In this study, an automated damage identification method is presented for hanger cables in a tied-arch bridge using a convolutional neural network (CNN). Raw measurement data for Fourier amplitude spectra (FAS) of acceleration responses are used without a complex data pre-processing for modal identification. A CNN is a kind of deep neural network that typically consists of convolution, pooling, and fully-connected layers. A numerical simulation study was performed for multiple damage detection in the hangers using ambient wind vibration data on the bridge deck. The results show that the current CNN using FAS data performs better under various damage states than the CNN using time-history data and the traditional neural network using FAS. Robustness of the present CNN has been proven under various observational noise levels and wind speeds.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.2
s.107
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pp.115-123
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2006
A feasibility of using the topology optimization method for structural damage identification is investigated for the first time. The frequency response functions (FRFs) are assumed to be constructed by the finite element models of damaged and undamaged structures. In addition to commonly used resonances, antiresonances are employed as the damage identifying modal parameters. For the topology optimization formulation, the modal parameters of the undamaged structure are made to approach those of the damaged structure by means of the constraint equations, while the objective function is an explicit penalty function requiring clear black-and-white images. The developed formulation is especially suitable for damage identification problems dealing with many modal parameters. Although relatively simple numerical problems were considered in this investigation, the possibility of using the topology optimization method for structural damage identification is suggested through this research.
An efficient methodology using static test data and changes in natural frequencies is proposed to identify the damages in structural systems. The methodology consists of two main stages. In the first stage, the Damage Signal Match (DSM) technique is employed to quickly identify the most potentially damaged elements so as to reduce the number of the solution space (solution parameters). In the second stage, a particle swarm optimization (PSO) approach is presented to accurately determine the actual damage extents using the first stage results. One numerical case study by using a planar truss and one experimental case study by using a full-scale steel truss structure are used to verify the proposed hybrid method. The identification results show that the proposed methodology can identify the location and severity of damage with a reasonable level of accuracy, even when practical considerations limit the number of measurements to only a few for a complex structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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