An, Yonghui;Ou, Jinping;Li, Jian;Spencer, B.F. Jr.
Smart Structures and Systems
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제14권2호
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pp.105-128
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2014
The stochastic damage locating vector (SDLV) method has been studied extensively in recent years because of its potential to determine the location of damage in structures without the need for measuring the input excitation. The SDLV method has been shown to be a particularly useful tool for damage localization in steel truss bridges through numerical simulation and experimental validation. However, several issues still need clarification. For example, two methods have been suggested for determining the observation matrix C identified for the structural system; yet little guidance has been provided regarding the conditions under which the respective formulations should be used. Additionally, the specific layout of the sensors to achieve effective performance with the SDLV method and the associated relationship to the specific type of truss structure have yet to be explored. Moreover, how the location of truss members influences the damage localization results should be studied. In this paper, these three issues are first investigated through numerical simulation and subsequently the main results are validated experimentally. The results of this paper provide guidance on the effective use of the SDLV method.
Sung, Seung Hun;Jung, Ho Youn;Lee, Jung Hoon;Jung, Hyung Jo
비파괴검사학회지
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제34권6호
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pp.447-456
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2014
In this paper, a new damage-detection method based on structural vibration is proposed. The essence of the proposed method is the detection of abrupt changes in rotation. Damage-induced rotation (DIR), which is determined from the modal flexibility of the structure, initially occurs only at a specific damaged location. Therefore, damage can be localized by evaluating abrupt changes in rotation. We conducted numerical simulations of two damage scenarios using a 10-story cantilever-type building model. Measurement noise was also considered in the simulation. We compared the sensitivity of the proposed method to localize damage to that of two conventional modal-flexibility-based damage-detection methods, i.e., uniform load surface (ULS) and ULS curvature. The proposed method was able to localize damage in both damage scenarios for cantilever structures, but the conventional methods could not.
An efficient method is proposed here to identify multiple damage cases in structural systems using the concepts of flexibility matrix and strain energy of a structure. The flexibility matrix of the structure is accurately estimated from the first few mode shapes and natural frequencies. Then, the change of strain energy of a structural element, due to damage, evaluated by the columnar coefficients of the flexibility matrix is used to construct a damage indicator. This new indicator is named here as flexibility strain energy based index (FSEBI). In order to assess the performance of the proposed method for structural damage detection, two benchmark structures having a number of damage scenarios are considered. Numerical results demonstrate that the method can accurately locate the structural damage induced. It is also revealed that the magnitudes of the FSEBI depend on the damage severity.
In bridge structures, damage may induce an additional deflection which may naturally contain essential information about the damage. However, inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location and severity is generally complex, particularly for statically indeterminate systems. In this paper, a new load concept, called the positive-bending-inspection-load (PBIL) is proposed to construct a simple inverse mapping from the damage-induced deflection to the actual damage location. A PBIL for an inspection region is defined as a load or a system of loads which guarantees the bending moment to be positive in the inspection region. From the theoretical investigations, it was proven that the damage-induced chord-wise deflection (DI-CD) has the maximum value with the abrupt change in its slope at the damage location under a PBIL. Hence, a novel damage localization method is proposed based on the DI-CD under a PBIL. The procedure may be summarized as: (1) identification of the modal flexibility matrices from acceleration measurements, (2) design for a PBIL for an inspection region of interest in a structure, (3) calculation of the chord-wise deflections for the PBIL using the modal flexibility matrices, and (4) damage localization by finding the location with the maximum DI-CD with the abrupt change in its slope within the inspection region. Procedures from (2)-(4) can be repeated for several inspection regions to cover the whole structure complementarily. Numerical verification studies were carried out on a simply supported beam and a three-span continuous beam model. Experimental verification study was also carried out on a two-span continuous beam structure with a steel box-girder. It was found that the proposed method can identify the damage existence and damage location for small damage cases with narrow cuts at the bottom flange.
This study aimed to develop a method for the determination of the damaged story in reinforced concrete (RC) structure with ambient vibrations, based on modified jerk energy methodology. The damage was taken as a localized reduction in the stiffness of the structural member. For loading, random white noise excitation was used, and dynamic responses from the finite element model (FEM) of 4 story RC shear frame were extracted at nodal points. The data thus obtained from the structure was used in the damage detection and localization algorithm. In the structure, two damage configurations have been introduced. In the first configuration, damage to the structure was artificially caused by a local reduction in the modulus of elasticity. In the second configuration, the damage was caused, using the Elcentro1940 and Kashmir2005 earthquakes in real-time history. The damage was successfully detected if the frequency drop was greater than 5% and the mode shape correlation remained less than 0.8. The results of the damage were also compared to the performance criteria developed in the Seismostruct software. It is demonstrated that the proposed algorithm has effectively detected the existence of the damage and can locate the damaged story for multiple damage scenarios in the RC structure.
본 연구에서는 무선 가속도 센서노드를 이용한 강 거더 볼트연결 부재의 진동기반 손상 모니터링 체계를 제안하였다. 이 같은 연구목표를 위해, 다음과 같은 연구를 수행하였다. 먼저, 무선 가속도 센서노드의 하드웨어 구성 및 내장된 작동 소프트웨어를 제시하였다. 다음으로, 강 거더 볼트연결 부재의 진동기반 손상 모니터링 체계를 제시하였다. 손상 모니터링 체계는 가속도 응답특성 분석을 통해 전역적 손상발생 경보 및 손상위치 추정을 수행한다. 전역적 손상발생 경보는 파워스펙트럼밀도의 상관계수를 적용하였다. 손상위치 추정은 고유 진동수기반 손상검색 기법과 모드형상기반 손상검색 기법을 적용하였다. 마지막으로, 모형 강 거더의 볼트연결 부재 손상을 식별하기 위한 진동기반 손상 모니터링 체계의 적용성을 검증하였다.
This study employs a novel beam-type wavelet finite element model (WFEM) to fulfill an adaptive-scale damage detection strategy in which structural modeling scales are not only spatially varying but also dynamically changed according to actual needs. Dynamical equations of beam structures are derived in the context of WFEM by using the second-generation cubic Hermite multiwavelets as interpolation functions. Based on the concept of modal strain energy, damage in beam structures can be detected in a progressive manner: the suspected region is first identified using a low-scale structural model and the more accurate location and severity of the damage can be estimated using a multi-scale model with local refinement in the suspected region. Although this strategy can be implemented using traditional finite element methods, the multi-scale and localization properties of the WFEM considerably facilitate the adaptive change of modeling scales in a multi-stage process. The numerical examples in this study clearly demonstrate that the proposed damage detection strategy can progressively and efficiently locate and quantify damage with minimal computation effort and a limited number of sensors.
Ensuring the safety of a structure necessitates that repairs are carried out based on accurate inspections and records of damage information. Traditional methods of recording damage rely on individual paper-based documents, making it challenging for inspectors to accurately record damage locations and track chronological changes. Recent research has suggested the adoption of building information modeling (BIM) to record detailed damage information; however, localizing damages on a BIM model can be time-consuming. To overcome this limitation, this study proposes a method to automatically localize damages on a BIM model in real-time, utilizing consecutive images and measurements from an inertial measurement unit in close proximity to damages. The proposed method employs a visual-inertial odometry algorithm to estimate the camera pose, detect damages, and compute the damage location in the coordinate of a prebuilt BIM model. The feasibility and effectiveness of the proposed method were validated through an experiment conducted on a campus building. Results revealed that the proposed method successfully localized damages on the BIM model in real-time, with a root mean square error of 6.6 cm.
Kim Jeong Tae;Ryu Yeon Sun;Song Chul Min;Cho Hyun Man
한국전산구조공학회:학술대회논문집
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한국전산구조공학회 1998년도 봄 학술발표회 논문집
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pp.309-316
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1998
In this paper, a newly derived formulation of a crack detection model is presented and its feasibility to detect cracks in structures is verified experimentally. To meet this objective, the followig approach is utilized. Firstly, the crack detection scheme which consists of the damage localization model and the crack detection model is formulated. Secondly, the feasibility and practicality of the complete procedure of the crack detection model is evaluated by locating and sizing cracks in clamped-clamped beams for which a f3w modal parameters were measured for sixteen uncracked and cracked states. Major results observed from the crack detection exercises include that far most damage cases, the predicted crack locations falls within very close to the inflicted locations of cracks in the test beam and the size of crack values estimated at the predicted locations are very close to the inflicted magnitudes.
The global coordinates generated from Isomap algorithm provide a simple way to analyze and manipulate high dimensional observations in terms of their intrinsic nonlinear degrees of freedom. Thus, Isomap can find globally meaningful coordinates and nonlinear structure of complex data sets, while neither principal component analysis (PCA) nor multidimensional scaling (MDS) are successful in many cases. It is demonstrated that the adapted Isomap algorithm successfully enhances the quality of pattern classification for damage identification in various numerical examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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