A wavelet based approach is proposed for structural damage detection in beams, plate and delamination of composite plates. Wavelet theory is applied here for crack identification of a beam element with a transverse on edge non-propagating open crack. Finite difference method was used for generating a general displacement equation for the cracked beam in the first example. In the second and third example, damage is detected from the deformed shape of a loaded simply supported plate applying the wavelet theory. Delamination in composite plate is identified using wavelet theory in the fourth example. The main concept used is the breaking down of the dynamic signal of a structural response into a series of local basis function called wavelets, so as to detect the special characteristics of the structure by scaling and transformation property of wavelets. In the light of the results obtained, limitations of the proposed method as well as suggestions for future work are presented. Results show great promise of wavelet approach for damage detection and structural health monitoring.
This article identifies and addresses current limitations on the use of numerical models for validation and/or calibration of damage detection methodologies that are based on the analysis of the high frequency response of the structure to identify the occurrence of abrupt anomalies. Distributed-plasticity non-linear fiber-based models in combination with experimental data from a full-scale reinforced concrete column test are used to point out current modeling techniques limitations. It was found that the numerical model was capable of reproducing the global and local response of the structure at a wide range of inelastic demands, including the occurrences of rebar ruptures. However, when abrupt sudden damage occurs, like rebar fracture, a high frequency pulse is detected in the accelerations recorded in the structure that the numerical model is incapable of reproducing. Since the occurrence of such pulse is fundamental on the detection of damage, it is proposed to add this effect to the simulated response before it is used for validation purposes.
Meng, Fanhao;Yu, Jingjun;Alaluf, David;Mokrani, Bilal;Preumont, Andre
Smart Structures and Systems
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v.23
no.1
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pp.15-29
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2019
This paper addresses the problem of damage detection in suspension bridge hangers, with an emphasis on the modal flexibility method. It aims at evaluating the capability and the accuracy of the modal flexibility method to detect and locate single and multiple damages in suspension bridge hangers, with different level of severity and various locations. The study is conducted numerically and experimentally on a laboratory suspension bridge mock-up. First, the covariance-driven stochastic subspace identification is used to extract the modal parameters of the bridge from experimental data, using only output measurements data from ambient vibration. Then, the method is demonstrated for several damage scenarios and compared against other classical methods, such as: Coordinate Modal Assurance Criterion (COMAC), Enhanced Coordinate Modal Assurance Criterion (ECOMAC), Mode Shape Curvature (MSC) and Modal Strain Energy (MSE). The paper demonstrates the relative merits and shortcomings of these methods which play a significant role in the damage detection ofsuspension bridges.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.3
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pp.3-10
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2018
It's not practical to collect all information at the entire degrees of freedom of finite element model. The incomplete measurements should be expanded for subsequent analysis and damage detection. This work presents the analytical methods to expand the incomplete static or dynamic response data. Using the expanded data, introducing the concept of residual force, and minimizing the performance index expressed as the stiffness matrix and its difference before and after damage, the variation in stiffness matrix is derived. Based on the difference in the stiffness matrix, the damage detection method of structures is also provided. The validity of the proposed methods is illustrated in a numerical application, the numerical results are analyzed for applications, and the applicability of both methods is investigated.
In recent years, the wind energy has played an increasingly important role in national energy sector of many countries. To harvest more electric power, the wind turbine (WT) tower structure becomes physically larger, which may cause more risks during long-term operation. Associated with the great development of WT projects, the number of accidents related to large-scaled WT has also been increased. Therefore, a structural health monitoring (SHM) system for WT structures is needed to ensure their safety and serviceability during operational time. The objective of this study is to develop a hybrid damage detection method for WT tower structures by measuring vibration and impedance responses. To achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, a hybrid damage detection scheme which combines vibration-based and impedance-based methods is proposed as a sequential process in three stages. Secondly, a series of vibration and impedance tests are conducted on a lab-scaled model of the WT structure in which a set of bolt-loosening cases is simulated for the segmental joints. Finally, the feasibility of the proposed hybrid damage detection method is experimentally evaluated via its performance during the damage detection process in the tested model.
The aim of this paper is to compare wavelet, kurtosis and pseudofractal based techniques for structural health monitoring in the presence of measurement noise. A detailed comparison and assessment of these techniques have been carried out in this paper through numerical experiments for the calibration of damage extent of a simply supported beam with an open crack serving as an illustrative example. The numerical experiments are deemed critical due to limited amount of experimental data available in the field of singularity based detection of damage. A continuous detectibility map has been proposed for comparing various techniques qualitatively. Efficiency surfaces have been constructed for wavelet, kurtosis and pseudofractal based calibration of damage extent as a function of damage location and measurement noise level. Levels of noise have been identified for each technique where a sudden drop of calibration efficiency is observed marking the onset of damage masking regime by measurement noise.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.4
no.1
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pp.31-37
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2001
In this paper, an integrated damage identification system (IDIS) is proposed to locate and size damage in real structures. The application of the IDIS to real structures includes the measurement of modal responses, the construction of damage-detection models, and the implementation of measurements and models into the damage-detection process. Firstly, the theory of the damage identification method is outlined. Secondly, the schematic and each component of the IDIS are described. Finally, the practicality of the IDIS is verified from experiments on two different bridge-models, a model plate-grider and a model truss.
Dehcheshmeh, M. Mohamadi;Hosseinzadeh, A. Zare;Amiri, G. Ghodrati
Smart Structures and Systems
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v.25
no.1
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pp.47-56
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2020
This paper proposes a model-based approach for structural damage identification and quantification. Using pseudo modal strain energy and mode shape vectors, a damage-sensitive objective function is introduced which is suitable for damage estimation and quantification in shear frames. Whale optimization algorithm (WOA) is used to solve the problem and report the optimal solution as damage detection results. To illustrate the capability of the proposed method, a numerical example of a shear frame under different damage patterns is studied in both ideal and noisy cases. Furthermore, the performance of the WOA is compared with particle swarm optimization algorithm, as one the widely-used optimization techniques. The applicability of the method is also experimentally investigated by studying a six-story shear frame tested on a shake table. Based on the obtained results, the proposed method is able to assess the health of the shear building structures with high level of accuracy.
Sen, Debarshi;Nagarajaiah, Satish;Gopalakrishnan, S.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.4
no.4
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pp.381-396
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2017
Structural health monitoring (SHM) is a necessity for reliable and efficient functioning of engineering systems. Damage detection (DD) is a crucial component of any SHM system. Lamb waves are a popular means to DD owing to their sensitivity to small damages over a substantial length. This typically involves an active sensing paradigm in a pitch-catch setting, that involves two piezo-sensors, a transmitter and a receiver. In this paper, we propose a data-intensive DD approach for beam structures using high frequency signals acquired from beams in a pitch-catch setting. The key idea is to develop a statistical learning-based approach, that harnesses the inherent sparsity in the problem. The proposed approach performs damage detection, localization in beams. In addition, quantification is possible too with prior calibration. We demonstrate numerically that the proposed approach achieves 100% accuracy in detection and localization even with a signal to noise ratio of 25 dB.
The purpose of this study is to provide appropriate methodology to ensure the safety and integrity of the production riser in offshore structure. In order to select integrity estimation methodology for production riser, level I and II Non-destructive Damage Evaluation (NDE) methods that were applied to existing structures are classified and reviewed. Numerical analysis is performed to verify the applicability and capability on damage detection of reviewed methods. As a result, the damage detection methodology using modal strain energy is more sensitive in detection of the damage than other methods. In practice, the number of sensors is limited due to the environmental and financial conditions. The impact on damage detection performance by reducing the number of sensors is systematically investigated through a series of numerical analyses and the results are discussed. The optimal number of sensor for the integrity estimation of production riser is recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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