A big progress has been made for moving force identification from bridge dynamic responses in recent years. Current knowledge and the potentials on moving force identification methods are reviewed in this paper under main headings below: background of moving force identification, experimental verification in laboratory and its application in field.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.238-241
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2006
For the effective reduction of structural vibration level it is important to obtain the exciting force components. But, sometimes direct force measurement is infeasible due to the geometric limitation of sensor placement. In this case, indirect force identification becomes useful tool for obtaining input force information. In this paper, indirect force technique was applied to air-jet weaving machine and shows some numerical results.
In this paper, an identification method of impact force is proposed for composite structures. In this method, the relation between force histories and strain responses is first formulated. The transfer matrix, which relates the strain responses of sensors and impact force information, is constructed from the finite element method (FEM). Based on this relation, an optimization model to minimize the difference between the measured strain responses and numerically evaluated strain responses is built up to obtain the impact force history. The identification of force history is performed by a modified least-squares method that imposes the penalty on the first-order derivative of the force history. Moreover, from the relation of strain responses and force history, an error vector indicating the force location is defined and used for the force location identification. The above theory has also been extended into the cases when using acceleration information instead of strain information. The validity of the present method has been verified through two experimental examples. The obtained results demonstrate that the present approach works very well, even when the internal damages in composites happen due to impact events. Moreover, this method can be used for the real-time health monitoring of composite structures.
Impact event is the key factor influencing the operational state of the mechanical equipment. Additionally, nonlinear factors existing in the complex mechanical equipment which are currently attracting more and more attention. Therefore, this paper proposes a novel hybrid-separate identification strategy to solve the force identification problem of the nonlinear structure under impact excitation. The 'hybrid' means that the identification strategy contains both l1-norm (sparse) and l2-norm regularization methods. The 'separate' means that the nonlinear response part only generated by nonlinear force needs to be separated from measured response. First, the state-of-the-art two-step iterative shrinkage/thresholding (TwIST) algorithm and sparse representation with the cubic B-spline function are developed to solve established normalized sparse regularization model to identify the accurate impact force and accurate peak value of the nonlinear force. Then, the identified impact force is substituted into the nonlinear response separation equation to obtain the nonlinear response part. Finally, a reduced transfer equation is established and solved by the classical Tikhonove regularization method to obtain the wave profile (variation trend) of the nonlinear force. Numerical and experimental identification results demonstrate that the novel hybrid-separate strategy can accurately and efficiently obtain the nonlinear force and impact force for the nonlinear structure.
This paper presents a new identification approach to prestress force. Firstly, a bridge deck is modeled as a prestressed Timoshenko beam. The time domain responses of the beam under sinusoidal excitation are studied based on modal superposition. The prestress force is then identified in the time domain by a system identification approach incorporating with the regularization of the solution. The orthogonal polynomial function is used to improve the noise effect and obtain the derivatives of modal responses of the bridge. Good identification results are obtained from only the first few measured modal data under both sinusoidal and impulsive excitations. It is shown that the proposed method is insensitive to the magnitude of force to be identified and can be successfully applied to indirectly identify the prestress force as well as other physical parameters, such as the flexural rigidity and shearing rigidity of a beam even under noisy environment.
Xiang, Ziru;Chan, Tommy H.T.;Thambiratnam, David P.;Nguyen, Andy
Computers and Concrete
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v.20
no.5
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pp.617-625
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2017
Prestress force identification (PFI) is crucial to maintain the safety of prestressed concrete bridges. A synergic identification method has been proposed recently by the authors that can determine the prestress force (PF) and the excitation force simultaneously in prestressed concrete beams with good accuracy. In this paper, the ability of this method in the application with prestressed concrete box-girder bridges is demonstrated. A reasonable assumption is made to capture the similarity of the dynamic behavior of the prestressed concrete box-girder bridge and a beam under a certain loading scenario, and the feasibility of this method for application in a prestressed box-girder bridge is affirmed. A comprehensive laboratory test program is conducted, and the effects of PF, excitation, measuring time and uncertainties are studied. Results show that the proposed method can predict the PF and the excitation force in a prestressed concrete box-girder accurately and has a great robustness against uncertainties.
A MOM-based algorithm (MOMA) has been developed for moving force identification from dynamic responses of bridge in the companion paper. This paper further evaluates and investigates the properties of the developed MOMA by experiment in laboratory. A simply supported bridge model and a few vehicle models were designed and constructed in laboratory. A series of experiments have then been conducted for moving force identification. The bending moment and acceleration responses at several measurement stations of the bridge model are simultaneously measured when the model vehicle moves across the bridge deck at different speeds. In order to compare with the existing time domain method (TDM), the best method for moving force identification to date, a carefully comparative study scheme was planned and conducted, which includes considering the effect of a few main parameters, such as basis function terms, mode number involved in the identification calculation, measurement stations, executive CPU time, Nyquist fraction of digital filter, and two different solutions to the ill-posed system equation of moving force identification. It was observed that the MOMA has many good properties same as the TDM, but its CPU execution time is just less than one tenth of the TDM, which indicates an achievement in which the MOMA can be used directly for real-time analysis of moving force identification in field.
Cables are the main load-bearing members of prestressed structure and other tensegrity structures. Based on the static equilibrium principle, a new cable force identification method considering cable flexural rigidity is proposed. Its computational formula is derived and the strategy to solve its implicit formula is introduced as well. In order to improve the reliability and practicality of this method, the influence of the cable flexural rigidity on cable force identification accuracy is also investigated. Through cable force identification experiments, the relationships among certain parameters including jacking force, jacking displacement, initial cable force, and sectional area (flexural rigidity) are studied. The results show that the cable force calculated by the proposed method considering flexural rigidity is in good agreement with the finite element results and experimental results. The proposed method with high computational accuracy and resolution efficiency can avoid the influences of the boundary condition and the length of the cable on calculation accuracy and is proven to be conveniently applied to cable force identification in practice.
Impact forces induced by external object collisions can cause serious damages to civil engineering structures. While accurate and prompt identification of such impact forces is a critical task in structural health monitoring, it is not readily feasible for civil structures because the force measurement is extremely challenging and the force location is unpredictable for full-scale field structures. This study proposes a novel approach for identification of impact force including its location and time history using a small number of multi-metric observations. The method combines an augmented Kalman filter (AKF) and Genetic algorithm for accurate identification of impact force. The location of impact force is statistically determined in the way to minimize the AKF response estimate error at measured locations and then time history of the impact force is accurately constructed by optimizing the error co-variances of AKF using Genetic algorithm. The efficacy of proposed approach is numerically demonstrated using a truss and a plate model considering the presence of modelling error and measurement noises.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.306-314
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2012
This paper proposes a new system to maximize efficiency of Air Base Protection Operations through the development of location identification software. The Wibro-based location identification system for Air Base Protection Force offers Blue Ground Force digitalized character message which is not exposed to enemy. Also, it is possible to automatically provide the location of Blue Ground Force to Air Base Ground Operations Center. The test result proves that this system is very helpful when Air Base Protection Force executes Air Base Protection Operations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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