Identification of damage location based on modal measurement is an important problem in structural health monitoring. The damage index method that attempts to evaluate the changes in modal strain energy distribution has been found to be effective under certain circumstances. In this paper two damage index methods using bending strain energy and shear strain energy have been evaluated for numerous cases at different locations and degrees of damage. The objective is to evaluate the feasibility of the damage index method to localize the damage on large span concrete bridge. Finite element models were used as the test structures. Finally this method was used to predict the damage location in an actual structure, using the results of a modal survey from a large concrete bridge.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.333-342
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2003
The objective of this paper is to present an algorithm to locate and size damage in a beam structure. The method uses the changes in the modal strain energy distribution. A damage index, utilized to identify possible location and corresponding severity of local damage, is formulated and expressed in terms of modal displacements that can be obtained from mode shapes of the undamaged and the damaged structures. The possible damage locations in the structure arc determined by the application of damage indicator according to previously developed decision rules. The robustness and effectiveness of the method arc demonstrated using numerical examples of beam structures with simulated damage.
Arefi, Shahin Lale;Gholizad, Amin;Seyedpoor, Seyed Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.25
no.1
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pp.1-22
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2020
The modal strain energy method is one of the efficient methods for detecting damage in the structures. Due to existing some limitations in real-world structures, sensors can only be located on a limited number of degrees of freedom (DOFs) of a structure. Therefore, the mode shape values in all DOFs of structures cannot be measured. In this paper, a modified modal strain energy based index (MMSEBI) is introduced to locate damaged elements of structures when a limited number of sensors are used. The proposed MMSEBI is based on the reconstruction of mode shapes using Improved Reduction System (IRS) method. Therefore, in the first step by employing IRS method, mode shapes in slave degrees of freedom are estimated by those of master degrees of freedom. In the second step, the proposed MMSEBI is used to located damage elements. In order to evaluate the efficiency of the proposed method, two numerical examples are considered under different damage patterns considering the measurement noise. Moreover, the universal threshold based on statistical hypothesis testing principles is applied to damage index values. The results show the effectiveness of the proposed MMSEBI for the structural damage localization when comparing with the available damage index named MESBI. The results demonstrate that the presented method can be used as a practical strategy for structural damage identification, especially when a limited number of sensors are installed on the structure. Finally, the combination of MMSEBI and IRS method can provide a reliable tool to identify the location of damage accurately.
Park Soo-Yong;Park Hyo-Seon;Lee Hong-Min;Choi Sang-Hyun
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.167-174
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2006
In this paper, the applicability of strain data to a strain-energy-based damage evaluation methodology in detecting damage in a beam-like structure is demonstrated. For the purpose of this study, one of the premier damage evaluation methodology based on modal amplitudes, the damage index method, is expanded to accomodate strain data, and the numerical and experimental verifications are conducted using numerical and experimental data. To compare the relative performance of damage detection, the damage evaluation using acceleration data is also performed for the same damage scenarios. The experimental strain and acceleration data are extracted from laboratory static and dynamic tests. The numerical and experimental studies show that the strain data as well as acceleration data can be utilized in detecting damage.
Recently, people's desire for the waterfront space has been increasing, and more people want to spend their leisure time close to the water. This paper proposes a damage detection technique using the static strain for the floating structure. An existing damage index, in which the modal strain energy was utilized to identify possible location of damage, is expanded to apply the static strain. The new damage index is expressed in terms of the static strains of undamaged and damaged structures. After calculating damage index, the possible damage locations in the structure are determined by the pattern recognition technique. The accuracy and feasibility of the proposed method is demonstrated by using experimental strain data from a scale model of floating structure.
An efficient method is proposed here to identify multiple damage cases in structural systems using the concepts of flexibility matrix and strain energy of a structure. The flexibility matrix of the structure is accurately estimated from the first few mode shapes and natural frequencies. Then, the change of strain energy of a structural element, due to damage, evaluated by the columnar coefficients of the flexibility matrix is used to construct a damage indicator. This new indicator is named here as flexibility strain energy based index (FSEBI). In order to assess the performance of the proposed method for structural damage detection, two benchmark structures having a number of damage scenarios are considered. Numerical results demonstrate that the method can accurately locate the structural damage induced. It is also revealed that the magnitudes of the FSEBI depend on the damage severity.
Im, Seok Been;Cloudt, Harding C.;Fogle, Jeffrey A.;Hurlebaus, Stefan
Smart Structures and Systems
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v.12
no.3_4
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pp.427-440
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2013
A growing need has developed in the United States to obtain more specific knowledge on the structural integrity of infrastructure due to aging service lives, heavier and more frequent loading conditions, and durability issues. This need has spurred extensive research in the area of structural health monitoring over the past few decades. Several structural health monitoring techniques have been developed that are capable of locating damage in structures using modal strain energy of mode shapes. Typically in the past, bending strain energy has been used in these methods since it is a dominant vibrational mode in many structures and is easily measured. Additionally, there may be cases, such as pipes, shafts, or certain bridges, where structures exhibit significant torsional behavior as well. In this research, torsional strain energy is used to locate damage. The damage index method is used on two numerical models; a cantilevered steel pipe and a simply-supported steel plate girder bridge. Torsion damage indices are compared to bending damage indices to assess their effectiveness at locating damage. The torsion strain energy method is capable of accurately locating damage and providing additional valuable information to both of the structures' behaviors.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11b
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pp.77-80
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2005
This paper presents a theoretical and experimental study on the damage identification of structures. In civil and aerospace, significant work has been done in the area of detecting damage in structures by using changes in the dynamic response of the structure. In this paper a method based on the changes in the strain energy of the structure will be discussed. To evaluate the effectiveness of the method it will be applied to both beam and LNG(liquefied natural gas) carrier.
Broad studies have addressed the issue of structural element damage identification, however, rubber bearing, as a key component of load transmission between the superstructure and substructure, is essential to the operational safety of a bridge, which should be paid more attention to its health condition. However, regarding the limitations of the traditional bearing damage detection methods as well as few studies have been conducted on this topic, in this paper, inspired by the model updating-based structural damage identification, a two-stage bearing damage identification method has been proposed. In the first stage, we deduce a novel bearing damage localization indicator, called element relative MSE, to accurately determine the bearing damage location. In the second one, the prior knowledge of bearing damage localization is combined with sailfish optimization (SFO) to perform the bearing damage estimation. In order to validate the feasibility, a numerical example of a 5-span continuous beam is introduced, also the noise robustness has been investigated. Meanwhile, the effectiveness and engineering applicability are further verified based on an experimental simply supported beam and actual engineering of the I-40 Bridge. The obtained results are good, which indicate that the proposed method is not only suitable for simple structures but also can accurately locate the bearing damage site and identify its severity for complex structure. To summarize, the proposed method provides a good guideline for the issue of bridge bearing detection, which could be used to reduce the difficulty of the traditional bearing failure detection approach, further saving labor costs and economic expenses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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