In this paper a new multi-step damage detection approach is provided. In the first step, condensed modal residual vector based indicator (CMRVBI) has been proposed to locate the suspected damaged elements of structures that have rotational degrees of freedom (DOFs). The CMRVBI is a new indicator that uses only translational DOFs of the structures to localize damaged elements. In the next step, salp swarm algorithm is applied to quantify damage severity of the suspected damaged elements. In order to assess the performance of the proposed approach, a numerical example including a three-layer square laminated composite plate is studied. The numerical results demonstrated that the proposed CMRVBI is effective for locating damage, regardless of the effect of noise. The efficiency of proposed approach is also compared during both steps. The results demonstrate that in noisy condition, the damage identification approach is capable for the studied structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.1
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pp.179-184
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1999
In this study, a method for damage assessment of existing structures is suggested using system identification approach. The natural frequencies of damaged structures are utilized to determine the size of damage. The SUMT algorithm is used to minimize error of the criterion function. The structural analysis is performed by using finite element method. Numerical examples are carried out to verify the validity of the proposed method and its computational procedures. And damage estimation of PSC beam is performed to demonstrate the effectiveness of the proposed method. From the results, it is found that the proposed SI method can be applied to estimate damage in existing structures accurately and rapidly.
This study develops a damage detection method based on neural networks. The performance of the method is numerically and experimentally verified using a three-story shear building model. The framework is mainly composed of two hierarchical stages to identify damage location and extent using artificial neural network (ANN). The normalized damage signature index, that is a normalized ratio of the changes in the natural frequency and mode shape caused by the damage, is used to identify the damage location. The modal parameters extracted from the numerically developed structure for multiple damage scenarios are used to train the ANN. The positive alarm from the first stage of damage detection activates the second stage of ANN to assess the damage extent. The difference in mode shape vectors between the intact and damaged structures is used to determine the extent of the related damage. The entire procedure is verified using laboratory experiments. The damage is artificially modeled by replacing the column element with a narrow section, and a stochastic subspace identification method is used to identify the modal parameters. The results verify that the proposed method can accurately detect the damage location and extent.
This paper describes an experimental study on structural health monitoring of a 1:3-scaled one-story concrete frame subjected to seismic damage and retrofit. The structure is tested on a shaking table by exerting successively enhanced earthquake excitations until severe damage, and then retrofitted using fiber-reinforced polymers (FRP). The modal properties of the tested structure at trifling, moderate, severe damage and strengthening stages are measured by subjecting it to a small-amplitude white-noise excitation after each earthquake attack. Making use of the measured global modal frequencies and a validated finite element model of the tested structure, a neural network method is developed to quantitatively identify the stiffness reduction due to damage and the stiffness enhancement due to strengthening. The identification results are compared with 'true' damage severities that are defined and determined based on visual inspection and local impact testing. It is shown that by the use of FRP retrofit, the stiffness of the severely damaged structure can be recovered to the level as in the trifling damage stage.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1223-1228
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2006
This paper presents an experimental investigation of a recently developed Kronecker Product (KP) method to determine the type, location, and intensity of structural damage from an identified state-space model of the system. Although this inverse problem appears to be highly nonlinear, the system mass, stiffness, and damping matrices are identified through a series of transformations, and with the aid of the Kronecker product, only linear operations are involved in the process. Since a state-space model can be identified directly from input-output data, an initial finite element model and/or model updating are not required. The test structure is a two-degree-of-freedom torsional system in which mass and stiffness are arbitrarily adjustable to simulate various conditions of structural damage. This simple apparatus demonstrates the capability of the damage detection method by not only identifying the location and the extent of the damage, but also differentiating the nature of the damage. The potential applicability of the KP method for structural damage identification is confirmed by laboratory test.
Bagheri, A.;Ghodrati Amiri, G.;Khorasani, M.;Bakhshi, H.
Structural Engineering and Mechanics
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v.40
no.1
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pp.13-28
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2011
An effective method for detection linear flaws in plate structures via two-dimensional discrete wavelet transform is proposed in this study. The proposed method was applied to a four-fixed supported rectangular plate containing damage with arbitrary length, depth and location. Numerical results identifying the damage location are compared with the actual results to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Also, a wavelet-based method presented for de-noising of mode shape of plate. Finally, the performance of the proposed method for de-noising and damage identification was verified using experimental data. Comparison between the location detected by the proposed method, and the plate's actual damage location revealed that the methodology can be used as an accessible and effective technique for damage identification of actual plate structures.
The purpose of this study is to develop an effective iterative two-stage method (ITSM) for structural damage identification of offshore platform structures. In each iteration, a new damage index, Modal Energy-Based Damage Index (MEBI), is proposed to help effectively locate the potential damage elements in the first stage. Then, in the second stage, the beetle antenna search (BAS) algorithm is used to estimate the damage severity of these elements. Compared with the well-known particle swarm optimization (PSO) algorithm and genetic algorithm (GA), this algorithm has lower computational cost. A modal energy based objective function for the optimization process is proposed. Using numerical and experimental data, the efficiency and accuracy of the ITSM are studied. The effects of measurement noise and spatial incompleteness of mode shape are both considered. All the obtained results show that under these influences, the ITSM can accurately identify the true location and severity of damage. The results also show that the objective function based on modal energy is most suitable for the ITSM compared with that based on flexibility and weighted natural frequency-mode shape.
Structural damage identification (SDI) methods have been proposed to monitor the safety of structures. However, the traditional SDI methods using modal parameters, such as natural frequencies and mode shapes, are not sensitive enough to structural damage. To tackle this problem, this paper proposes a new SDI method based on transmissibility assurance criterion (TAC) and weighted Schatten-p norm regularization. Firstly, the transmissibility function (TF) has been proved a useful damage index, which can effectively detect structural damage under unknown excitations. Inspired by the modal assurance criterion (MAC), TF and MAC are combined to construct a new damage index, so called as TAC, which is introduced into the objective function together with modal parameters. In addition, the weighted Schatten-p norm regularization method is adopted to improve the ill-posedness of the SDI inverse problem. To evaluate the effectiveness of the proposed method, some numerical simulations and experimental studies in laboratory are carried out. The results show that the proposed method has a high SDI accuracy, especially for weak damages of structures, it can precisely achieve damage locations and quantifications with a good robustness.
This paper presents the results of an experimental investigation on a vibration-based damage identification framework for a steel girder type and a truss bridge based on acceleration responses to operational loading. The method relies on sensor clustering-based time-series analysis of the operational acceleration response of the bridge to the passage of a moving vehicle. The results are presented in terms of Damage Features from each sensor, which are obtained by comparing the actual acceleration response from the sensors to the predicted response from the time-series model. The damage in the bridge is detected by observing the change in damage features of the bridge as structural changes occur in the bridge. The relative severity of the damage can also be quantitatively assessed by observing the magnitude of the changes in the damage features. The experimental results show the potential usefulness of the proposed method for future applications on condition assessment of real-life bridge infrastructures.
Nobahari, Mehdi;Ghasemi, Mohammad Reza;Shabakhty, Naser
Smart Structures and Systems
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v.19
no.4
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pp.449-461
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2017
One of the most recent methods of structural damage identification is using the difference between structures responses after and before damage occurrence. To do this one can formulate the damage detection problem as an inverse optimization problem where the extents of damage in each element are considered as the optimizations variables. To optimize the objective function, heuristic methods such as GA, PSO etc. are widely utilized. In this paper, inspired by animals such as bat, dolphin, oilbird, shrew etc. that use echolocation for finding food, a new and efficient method, called Echolocation Search Algorithm (ESA), is proposed to properly identify the site and extent of multiple damage cases in structural systems. Numerical results show that the proposed method can reliably determine the location and severity of multiple damage cases in structural systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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