Noting that damage occurrence of offshore jacket platforms is concentrated in two structural regions that are in the vicinity of still water surface and close to the seabed, a damage detection method by using only partial measurement of vibration in a suspect region was presented in this paper, which can not only locate damaged members but also evaluate damage severities. Then employing an experiment platform model under white-noise ground excitation by shaking table and using modal parameters of the first three modes identified by a scalar-type ARMA method on undamaged and damaged structures, the feasibility of the damage detection method was discussed. Modal parameters from eigenvalue analysis on the structural FEM model were also used to help the discussions. It is demonstrated that the damage detection algorithm is feasible on damage location and severity evaluation for broken slanted braces and it is robust against the errors of baseline FEM model to real structure when the principal errors is formed by difference of modal frequencies. It is also found that Z-value changes of modal shapes also play a role in the precise detection of damage.
It is important to model the mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structure dynamics. In the finite element modeling, the errors can be contained from the physical parameters, the approximation of the boundary conditions, and the element modeling. From the dynamic test, more precise dynamic characteristics can be obtained. Model updating using parameter modification is appropriate when the design parameter is used to analyze the input parameter like finite element method. Finite element analysis for cantilever and simply supported beams with uniform area and shape change are carried out as model updating examples. Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1260-1265
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2001
It is important to model the mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structural dynamics. In the finite element modeling, the errors can be contained from the physical parameters, the approximation of the boundary conditions, and the element modeling, From the dynamic test. more precise dynamic characteristics can be obtained. Model updating using parameter modification is appropriate when the design parameter is used to analyze the input parameter like finite element method. Finite element analysis for free-free-free-free(FFFF) and clamped-free-free-free(CFFF) plate with uniform area and shape change are carried out as model updating examples, Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies.
In this paper, a new efficient method for structural modal reanalysis is proposed, which can handle large finite element (FE) models requiring frequent design modifications. The global FE model is divided into a residual part not to be modified and a target part to be modified. Then, an automated matrix permutation and substructuring algorithm is applied to these parts independently. The reduced model for the residual part is calculated and saved in the initial analysis, and the target part is reduced repeatedly, whenever design modifications occur. Then, the reduced model for the target part is assembled with that of the residual part already saved; thus, the final reduced model corresponding to the new design is obtained easily and rapidly. Here, the formulation of the proposed method is derived in detail, and its computational efficiency and reanalysis ability are demonstrated through several engineering problems, including a topological modification.
Shape comparison between 3D models is essential for shape recognition, retrieval, classification, etc. In this paper, we propose a method for comparing 3D shapes, which is invariant under translation, rotation and scaling of models and is robust to non-uniformly distributed and incomplete data sets. first, a modal model is constructed from input data using vibration modes and then shape similarity is evaluated with modal strain energy. The proposed method provides global-to-local ordering of shape deformation using vibration modes ordered by frequency Thus, we evaluated similarity in terms of global properties of shape without being affected localised shape features using ordered shape representation and modal strain one energy.
An attempt is conducted to explore the relationship between the macroscopic global damage and the local damage of shear-type RC frames. A story damage index, which can be expressed as multi-variate functions of modal parameters, is deduced based on the tridiagonal matrix of the shear-type frame. The global damage model is also originated from structural modal parameters. Due to the connection of modal damage indexes, the relationship between the macroscopic global damage and the local story damage is reasonably established. In order to validate the derivation, a case study is carried out via an 8-story shear-type frame. The sensitivities of modal damage indexes to the location and severity of local story damages are studied. The evolution of the global damage is investigated as well. Results show that the global damage is sensitive to the degree of story damage, but it's not sensitive to its location. As the number of the damaged stories increases, more and more modes will be involved. Meanwhile, the global damage evolution curve changes from the concave shape to the S-type and then finally transforms into the convex shape. Through the proposed story damage, modal damage and global damage model, a multi-level damage assessment method is established.
This paper presents an experimental modal analysis of a caisson-type breakwater to produce basic information for the structural health assessment of a caisson structure. To achieve the objective, the following approaches are implemented. First, modal analysis methods are selected to examine the modal characteristics of a caisson structure. Second, experimental modal analyses are performed using finite element analyses and lab-scale model tests. Third, damage scenarios that include several damage levels in a foundation-structure interface are designed. Finally, the effects of damage on the modal characteristics are analyzed for the purpose of utilizing them for damage identification.
In this paper, the three-dimensional finite element model is established to investigate the structural dynamic characteristics of rotor blade using a finite element analysis. Six natural frequencies and mode shapes are calculated by computer simulation. The first three flapping modal frequencies, the first two lead-lag modal frequencies, and the first feathering modal frequency are validated through comparison with the modal test results of the fixed rotor blade. The computer simulation results are found in good agreement with experimentally measured natural frequencies. The important results are obtained as follows: (1) Natural frequencies are changed due to the variation of rotational speed and fiber angle of rotor blade, (2) Weak coupling between flapping mode shape and lead-lag mode shape are detected, (3) Centrifugal force has more effect on flapping modal frequency than lead-lag modal frequency.
Recently, identification of modal parameters using the response only data has attracted considerable attention particularly where the classic modal testing methods is difficult to conduct. One drawback of the response only data, also known as Operational Modal Analysis (OMA), is that only the unscaled mode shapes can be obtained which restricts the applications of OMA. The Mass change method is a usual way to scale the operational mode shapes. In this article a new method is proposed to optimize the additive mass for scaling of the unscaled mode shapes from OMA for which a priori knowledge of the Finite Element model of structure is required. It is shown that the total error of the scaled mode shapes is minimized using the proposed method. The method is validated using a numerical case study of a beam. Moreover, the experimental results of a clamped-clamped beam demonstrate the applicability of the method.
Sevim, Baris;Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.277-294
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2012
The aim of the study is to determine the modal parameters of a prototype damaged arch dam by operational modal analysis (OMA) method for some damage scenarios. For this purpose, a prototype arch dam-reservoir-foundation model is constructed under laboratory conditions. Ambient vibration tests on the arch dam model are performed to identify the modal parameters such as natural frequency, mode shape and damping ratio. The tests are conducted for four test-case scenarios: an undamaged dam with empty reservoir, two different damaged dams with empty reservoirs, and a damaged dam with full reservoir. Loading simulating random impact effects is applied on the dam to crack. Cracks and fractures occurred at the middle of the upper part of the dams and distributed through the abutments. Sensitivity accelerometers are placed on the dams' crests to collect signals for measurements. Operational modal analysis software processes the signals collected from the ambient vibration tests, and enhanced frequency domain decomposition and stochastic subspace identification techniques are used to estimate modal parameters of the dams. The modal parameters are obtained to establish a basis for comparison of the results of two techniques for each damage case. Results show that approximately 35-40% difference exists between the natural frequencies obtained from Case 1 and Case 4. The natural frequencies of the dam considerably decrease with increasing cracks. However, observation shows that the filled reservoir slightly affected modal parameters of the dam after severe cracking. The mode shapes obtained are symmetrical and anti-symmetrical. Apparently, mode shapes in Case 1 represent the probable responses of arch dams more accurately. Also, damping ratio show an increase when cracking increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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