Many vibration-based global damage detection methods attempt to extract modal parameters from vibration signals as the main structural features to detect damage. The local flexibility method is one promising method that requires only the first few fundamental modes to detect not only the location but also the extent of damage. Generally, the mode shapes in the lateral degree of freedom are extracted from lateral vibration signals and then used to detect damage for a beam structure. In this study, a new approach which employs the mode shapes in the rotary degree of freedom obtained from the macro-strain vibration signals to detect damage of a beam structure is proposed. In order to facilitate the application of mode shapes in the rotary degree of freedom for beam structures, the local flexibility method is modified and utilized. The proposed rotary approach is verified by numerical and experimental studies of simply supported beams. The results illustrate potential feasibility of the proposed new idea. Compared to the method that uses lateral measurements, the proposed rotary approach seems more robust to noise in the numerical cases considered. The sensor configuration could also be more flexible and customized for a beam structure. Primarily, the proposed approach seems more sensitive to damage when the damage is close to the supports of simply supported beams.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.608-613
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2003
In this paper, the variability of modal properties caused by temperature effects is assessed to adjust modal data used for frequency-based damage detection in plate-girder bridges. First, experiments on model plate-girder bridges are described. Next, the relationship between temperature and natural frequencies is assessed and a set of empirical frequency-correction formula are analyzed for the test structure. Finally, a frequency-eased method is used to locate and estimate severity of damage in the test structure using experimental modal data which are adjusted by the frequency-correction formula. Here, local damage in beam-type structures is detected by using measured frequencies and analytical mode shapes.
Vibration control and health monitoring of building structures have been actively investigated in recent years but treated separately according to the primary objective pursued. This paper presents a general approach in the time domain for integrating vibration control and health monitoring of a building structure to accommodate various types of control devices and on-line damage detection. The concept of the time-domain approach for integrated vibration control and health monitoring is first introduced. A parameter identification scheme is then developed to identify structural stiffness parameters and update the structural analytical model. Based on the updated analytical model, vibration control of the building using semi-active friction dampers against earthquake excitation is carried out. By assuming that the building suffers certain damage after extreme event or long service and by using the previously identified original structural parameters, a damage detection scheme is finally proposed and used for damage detection. The feasibility of the proposed approach is demonstrated through detailed numerical examples and extensive parameter studies.
Early detection of small concrete crack or reinforcement corrosion is necessary for Structural Health Monitoring (SHM). Global vibration based methods are advantageous over local methods because of simple equipment installation and cost efficiency. Among vibration based techniques, FRF based methods are preferred over modal based methods. In this study, a new coupled method using frequency response function (FRF) and proper orthogonal modes (POM) is proposed by using the dynamic characteristic of a damaged beam. For the numerical simulation, wave finite element (WFE), coupled with traditional finite element (FE) method is used for effectively incorporating the damage related information and faster computation. As reported in literature, hybrid combination of wave function based wave finite element method and shape function based finite element method can addresses the mid frequency modelling difficulty as it utilises the advantages of both the methods. It also reduces the dynamic matrix dimension. The algorithms are implemented on a three-dimensional reinforced concrete beam. Damage is modelled and studied for two scenarios, i.e., crack in concrete and rebar corrosion. Single and multiple damage locations with different damage length are also considered. The proposed methodology is found to be very sensitive to both single- and multiple- damage while being computationally efficient at the same time. It is observed that the detection of damage due to corrosion is more challenging than that of concrete crack. The similarity index obtained from the damage parameters shows that it can be a very effective indicator for appropriately indicating initiation of damage in concrete structure in the form of spread corrosion or invisible crack.
Vibration based damage detection is very popular in the civil engineering area. Especially, special structures like dams, long-span bridges and high-rise buildings, need continues monitoring in terms of mechanical properties of material, static and dynamic behavior. It has been stated in the International Commission on Large Dams that more than half of the large concrete dams were constructed more than 50 years ago and the old dams have subjected to repeating loads such as earthquake, overflow, blast, etc.,. So, some unexpected failures may occur and catastrophic damages may be taken place because of theloss of strength, stiffness and other physical properties of concrete. Therefore, these dams need repairs provided with global damage evaluation in order to preserve structural integrity. The paper aims to show the effectiveness of the model updating method for global damage detection on a laboratory arch dam model. Ambient vibration test is used in order to determine the experimental dynamic characteristics. The initial finite element model is updated according to the experimentally determined natural frequencies and mode shapes. The web thickness is selected as updating parameter in the damage evaluation. It is observed from the study that the damage case is revealed with high accuracy and a good match is attained between the estimated and the real damage cases by model updating method.
Damage detection based on measured vibration data has received intensive studies recently. Frequently, the damage to a structure may be reflected by a change of some system parameters, such as a degradation of the stiffness. In this paper, we apply a method to nondestructively locate and estimate the severity of damage in corrosion pipeline for which a few natural frequencies or mode shapes are available. The method is based on the strain modal sensitivity ratio (SMSR) and the orthogonality conditions sensitivities (OCS) applied to vibration features identified during the monitoring of the pipeline. The advantage of these methods is that it only requires measuring few modal parameters. The SMSR-based and OCS-based damage detection methods are illustrated using computer-simulated and laboratory testing data. The results show that the current method provides a precise indication of both the location and the extent of corrosion pipeline.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.1
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pp.81-89
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2012
This study propose the vibration-based damage monitoring scheme for steel girder bolt-connection member by using wireless acceleration sensor node. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, wireless acceleration sensor node is described on the design of hardware components and embedded operation software. Secondly, the vibration-based damage monitoring scheme of the steel girder bolt-connection member is described. The damage monitoring scheme performed global damage occurrence alarming and damage localization estimation by the acceleration response feature analysis. The global damage alarming is applied to the correlation coefficient of power spectral density. The damage localization estimation is applied to the frequency-based damage detection technique and the mode-shape-based damage detection technique. Finally, the performance of the vibration-based damage monitoring scheme is evaluated for detecting the bolt-connection member damage on a lab-scale steel girder.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.3
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pp.272-278
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2010
A method for damage detection in a plate structure is presented based on strain waves that are generated by impact or damage in the structure. Strain responses from continuous sensors, which are long ribbon-like sensors made from piezoceramic fibers or other materials, were used with a neural network technique to estimate the damage location. The continuous sensor uses only a small number of channels of data acquisition and can cover large areas of the structure. A grid type structural neural system composed of the continuous sensors was developed for effective damage localization in a plate structure. The ratios of maximum strains and arrival times of the maximum strains obtained from the continuous sensors were used as input data to a neural network. Simulated damage localizations on a plate were carried out and the identified damage locations agreed reasonably well with the exact damage locations.
Park Jae-Hyung;Lee Jung-Mi;Kim Jeong-Tae;Ryu Yeon-Sun
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.459-466
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2006
The objective of this study is to improve the accuracy of damage detection using natural frequency and modal strain energy. The following approaches are used to achieve the goal. First, modal strain energy is introduced and newly GA-based damage detection technique using natural frequency and modal strain energy is proposed. Next, to verify efficiency of the proposed technique, damage scenarios for free-free beams are designed and the vibration modal tests as damage cases are conducted. Finally, feasibility of proposed technique is verified in comparison with a GA-based damage detection technique using natural frequency and mode shape.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.9
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pp.884-891
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2009
This study investigates some of swarm intelligence algorithms to tackle a traditional damage detection problem having stiffness degradation or damage in mechanical structures. Particle swarm(PSO) and ant colony optimization(ACO) methods have been exploited for localizing and estimating the location and extent damages in a structure. Both PSO and ACO are population-based, stochastic algorithms that have been developed from the underlying concept of swarm intelligence and search heuristic. A finite element (FE) model updating is implemented to minimize the difference in a set of natural frequencies between measured and baseline vibration data. Stiffness loss of certain elements is considered to simulate structural damages in the FE model. It is numerically shown that PSO and ACO algorithms successfully completed the optimization process of model updating in locating unknown damages in a truss structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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