In this study, the feasibility of vibration-based damage alarming algorithms are numerically evaluated for wind turbine tower structures which are subjected to harmonic force excitation. Firstly, the algorithm of vibration-based damage alarming for the wind turbine tower (WTT) is visited. The natural frequency change, modal assurance criterion (MAC) and frequency-response-ratio assurance criterion (FRRAC) are utilized to recognize changes in dynamic characteristics due to a structural damage. Secondly, a finite element model based on a real wind turbine tower is established in a structural analysis program, Midas FEA. The harmonic force is applied at the rotor level as presence of excitation. Several structural damage scenarios are numerically simulated in segmental joints of the wind turbine model. Finally, the natural frequency change, MAC and FRRAC algorithm are employed to identify the structural damage occurred in the finite element model. The results show that these criteria could be used as promising damage existence indicators for the damage alarming in wind turbine supporting structures.
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.
Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Cho, Hyun-Man;Kim, Jeong-Tae
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.22
no.1
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pp.75-82
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2008
A vibration-based damage-monitoring scheme is proposed that would generate an alarm showing the occurrence and location of damage under temperature-induced uncertainty conditions. Experiments on a model plate-girder bridge are described, for which a set of modal parameters was measured under uncertain temperature conditions. A damage-alarming model is formulated to statistically identify the occurrence of damage by recognizing the patterns of damage-driven changes in the natural frequencies of the test structure and by distinguishing temperature-induced off-limits. A damage index method based on the concept of modal strain energy is implemented in the test structure to predict the location of damage. In order to adjust for the temperature-induced changes in the natural frequencies that are used for damage detection, a set of empirical frequency correction formulas is analyzed from the relationship between the temperature and frequency ratio.
Kim, Jeong-Tae;Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Cho, Hyun-Man;Na, Won-Bae;Yi, Jin-Hak
Smart Structures and Systems
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v.5
no.1
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pp.81-94
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2009
A vibration-impedance-based monitoring method is proposed to predict the loss of prestress forces in prestressed concrete (PSC) girder bridges. Firstly, a global damage alarming algorithm using the change in frequency responses is formulated to detect the occurrence of damage in PSC girders. Secondly, a local damage detection algorithm using the change in electro-mechanical impedance features is selected to identify the prestress-loss in tendon and anchoring members. Thirdly, a prestress-loss prediction algorithm using the change in natural frequencies is selected to estimate the extent of prestress-loss in PSC girders. Finally, the feasibility of the proposed method is experimentally evaluated on a scaled PSC girder model for which acceleration responses and electro-mechanical impedances were measured for several damage scenarios of prestress-loss.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.1
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pp.165-174
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2010
In this paper, a two-phase structural health monitoring system using acceleration response signatures are presented to firstly alarm the change in structural condition and to secondly detect the changed location for full-scale concrete girder bridges. Firstly, Mihocheon Bridge which is a two-span continuous concrete girder bridge is selected as the target structure. The dynamic response features of Mihocheon Bridge are extracted by forced vibration test using bowling ball. Secondly, the damage alarming occurrence and the damage localization techniques are selected to design two-phase structural health monitoring system for Mihocheon Bridge. As the damage alarming techniques, auto-regressive model using time-domain signatures, correlation coefficient of frequency response function and frequency response ratio assurance criterion are selected. As the damage localization technique, modal strain energy-based damage index method is selected. Finally, the feasibility of two-phase structural health monitoring systems is evaluated from static loading tests using a dump truck.
A hybrid damage monitoring scheme using parallel acceleration-impedance approaches is proposed to detect girder damage and support damage in steel plate-girder bridges which are under ambient train-induced excitations. The hybrid scheme consists of three phases: global and local damage monitoring in parallel manner, damage occurrence alarming and local damage identification, and detailed damage estimation. In the first phase, damage occurrence in a structure is globally monitored by changes in vibration features and, at the same moment, damage occurrence in local critical members is monitored by changes in impedance features. In the second phase, the occurrence of damage is alarmed and the type of damage is locally identified by recognizing patterns of vibration and impedance features. In the final phase, the location and severity of the locally identified damage are estimated by using modal strain energy-based damage index methods. The feasibility of the proposed scheme is evaluated on a steel plate-girder bridge model which was experimentally tested under model train-induced excitations. Acceleration responses and electro-mechanical impedance signatures were measured for several damage scenarios of girder damage and support damage.
Kim, Jeong-Tae;Hong, Dong-Soo;Park, Jae-Hyung;Cho, Hyun-Man
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.83-90
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2008
A vibration-based monitoring system is newly proposed to predict the loss of prestress forces in prestressed concrete (PSC) girder bridges. Firstly, a global damage alarming algorithm is newly proposed to monitor the occurrence of prestress-loss by using the change in frequency responses. Secondly, a prestress-loss prediction algorithm is selected to estimate the extent of prestress-loss by using the change in natural frequencies. Finally, the feasibility of the proposed system is experimentally evaluated on a scaled PSC girder model for which acceleration responses were measured for several damage scenarios of prestress-loss.
The idea of using measured dynamic characteristics for damage detection is attractive because it allows for a global evaluation of the structural health and condition. However, vibration-based damage detection for complex structures such as long-span cable-supported bridges still remains a challenge. As a suspension or cable-stayed bridge involves in general thousands of structural components, the conventional damage detection methods based on model updating and/or parameter identification might result in ill-conditioning and non-uniqueness in the solution of inverse problems. Alternatively, methods that utilize, to the utmost extent, information from forward problems and avoid direct solution to inverse problems would be more suitable for vibration-based damage detection of long-span cable-supported bridges. The auto-associative neural network (ANN) technique and the probabilistic neural network (PNN) technique, that both eschew inverse problems, have been proposed for identifying and locating damage in suspension and cable-stayed bridges. Without the help of a structural model, ANNs with appropriate configuration can be trained using only the measured modal frequencies from healthy structure under varying environmental conditions, and a new set of modal frequency data acquired from an unknown state of the structure is then fed into the trained ANNs for damage presence identification. With the help of a structural model, PNNs can be configured using the relative changes of modal frequencies before and after damage by assuming damage at different locations, and then the measured modal frequencies from the structure can be presented to locate the damage. However, such formulated ANNs and PNNs may still be incompetent to identify damage occurring at the deck members of a cable-supported bridge because of very low modal sensitivity to the damage. The present study endeavors to enhance the damage identification capability of ANNs and PNNs when being applied for identification of damage incurred at deck members. Effort is first made to construct combined modal parameters which are synthesized from measured modal frequencies and modal shape components to train ANNs for damage alarming. With the purpose of improving identification accuracy, effort is then made to configure PNNs for damage localization by adapting the smoothing parameter in the Bayesian classifier to different values for different pattern classes. The performance of the ANNs with their input being modal frequencies and the combined modal parameters respectively and the PNNs with constant and adaptive smoothing parameters respectively is evaluated through simulation studies of identifying damage inflicted on different deck members of the double-deck suspension Tsing Ma Bridge.
Kim, Jeong-Tae;Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Na, Won-Bae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.135-146
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2008
In this paper, a hybrid damage monitoring scheme for prestressed concrete (PSC) girder bridges by using sequential acceleration and impedance signatures is newly proposed. Damage types of interest include prestress-loss in tendon and flexural stiffness-loss in a concrete girder. The hybrid scheme mainly consists of three sequential phases: damage alarming, damage classification, and damage estimation. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the type of damage is classified into either prestress-loss or flexural stiffness-loss by recognizing patterns of impedance features. In the third phase, the location and the extent of damage are estimated by using two different ways: a mode shape-based damage detection to detect flexural stiffness-loss and a natural frequency-based prestress prediction to identify prestress-loss. The feasibility of the proposed scheme is evaluated on a laboratory-scaled PSC girder model for which hybrid vibration-impedance signatures were measured for several damage scenarios of prestress-loss and flexural stiffness-loss.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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