Kim, Jeong-Tae;Park, Jae-Hyung;Koo, Ki-Young;Lee, Jong-Jae
Smart Structures and Systems
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제4권5호
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pp.583-603
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2008
In this study, a real-time damage detection method using output-only acceleration signals and artificial neural networks (ANN) is developed to monitor the occurrence of damage and the location of damage in structures. A theoretical approach of an ANN algorithm that uses acceleration signals to detect changes in structural parameters in real-time is newly designed. Cross-covariance functions of two acceleration responses measured before and after damage at two different sensor locations are selected as the features representing the structural conditions. By means of the acceleration features, multiple neural networks are trained for a series of potential loading patterns and damage scenarios of the target structure for which its actual loading history and structural conditions are unknown. The feasibility of the proposed method is evaluated using a numerical beam model under the effect of model uncertainty due to the variability of impulse excitation patterns used for training neural networks. The practicality of the method is also evaluated from laboratory-model tests on free-free beams for which acceleration responses were measured for several damage cases.
Within this paper a new approach for early damage detection in rotor blades of wind energy converters is presented, which is shown to have a more sensitive reaction to damage than eigenfrequency-based methods. The new approach is based on the extension of Gasch's proportionality method, according to which maximum oscillation velocity and maximum stress are proportional by a factor, which describes the dynamic behavior of the structure. A change in the proportionality factor can be used as damage indicator. In addition, a novel deflection sensor was developed, which was specifically designed for use in wind turbine rotor blades. This deflection sensor was used during the experimental tests conducted for the measurement of the blade deflection. The method was applied on numerical models for different damage cases and damage extents. Additionally, the method and the sensing concept were applied on a real 50.8 m blade during a fatigue test in the edgewise direction. During the test, a damage of 1.5 m length was induced on the upper trailing edge bondline. Both the initial damage and the increase of its length were successfully detected by the decrease of the proportionality factor. This decrease coincided significantly with the decrease of the factor calculated from the numerical analyses.
In this study, damage detection method using harmony search method and frequency response is proposed. In order to verify this method, the following approaches are implemented. Firstly, damage detection method using harmony search was developed. To detect damage, objective functions that minimize difference with natural frequency and modal strain energy from undamaged and damaged model are used. Secondly, efficiency of developed damage detection method was verified by damage detection of beam structure. And results of harmony search and micro genetic algorithm are compared and evaluated. Thirdly, numerical model was implemented for harbor caisson structure and damage scenario was determined. Lastly, damage detection was performed by proposed method and utility of proposed method is verified.
This paper uses dynamic computer simulation techniques to develop and apply a multi-criteria procedure using non-destructive vibration-based parameters for damage assessment in truss bridges. In addition to changes in natural frequencies, this procedure incorporates two parameters, namely the modal flexibility and the modal strain energy. Using the numerically simulated modal data obtained through finite element analysis of the healthy and damaged bridge models, algorithms based on modal flexibility and modal strain energy changes before and after damage are obtained and used as the indices for the assessment of structural health state. The application of the two proposed parameters to truss-type structures is limited in the literature. The proposed multi-criteria based damage assessment procedure is therefore developed and applied to truss bridges. The application of the approach is demonstrated through numerical simulation studies of a single-span simply supported truss bridge with eight damage scenarios corresponding to different types of deck and truss damage. Results show that the proposed multi-criteria method is effective in damage assessment in this type of bridge superstructure.
This study introduces a novel approach for locating damage in a structure using wireless sensor system with local level computational capability to alleviate data traffic load on the centralized computation. Smart wireless sensor systems, capable of iterative damage-searching, mimic an optimization process in a decentralized way. The proposed algorithm tries to detect damage in a structure by monitoring abnormal increases in strain measurements from a group of wireless sensors. Initially, this clustering technique provides a reasonably effective sensor placement within a structure. Sensor clustering also assigns a certain number of master sensors in each cluster so that they can constantly monitor the structural health of a structure. By adopting a voting system, a group of wireless sensors iteratively forages for a damage location as they can be activated as needed. Since all of the damage searching process occurs within a small group of wireless sensors, no global control or data traffic to a central system is required. Numerical simulation demonstrates that the newly developed searching algorithm implemented on wireless sensors successfully localizes stiffness damage in a plate through the local level reconfigurable function of smart sensors.
Structural damage identification (SDI) methods have been proposed to monitor the safety of structures. However, the traditional SDI methods using modal parameters, such as natural frequencies and mode shapes, are not sensitive enough to structural damage. To tackle this problem, this paper proposes a new SDI method based on transmissibility assurance criterion (TAC) and weighted Schatten-p norm regularization. Firstly, the transmissibility function (TF) has been proved a useful damage index, which can effectively detect structural damage under unknown excitations. Inspired by the modal assurance criterion (MAC), TF and MAC are combined to construct a new damage index, so called as TAC, which is introduced into the objective function together with modal parameters. In addition, the weighted Schatten-p norm regularization method is adopted to improve the ill-posedness of the SDI inverse problem. To evaluate the effectiveness of the proposed method, some numerical simulations and experimental studies in laboratory are carried out. The results show that the proposed method has a high SDI accuracy, especially for weak damages of structures, it can precisely achieve damage locations and quantifications with a good robustness.
This paper presents the feasibility of an impedance-based damage detection technique using piezoelectric (PZT) transducers for civil infrastructures such as steel bridges. The impedance-based damage detection method is based on monitoring the changes in the electrical impedance. Those changes in the electrical impedance are due to the electro-mechanical coupling property of the piezoelectric material and structure. An effective integrated structural health monitoring system must include a statistical process of damage detection that is automated and real time assessment of damage in the structure. Once measured, damage sensitive features from this impedance change can be statistically quantified for various damage cases. The results of the experimental study on three kinds of structural members show that cracks or loosened bolts/nuts near the PZT sensors may be effectively detected by monitoring the shifts of the resonant frequencies. The root mean square (RMS) deviations of impedance functions between before and after damages were also considered as a damage indicator. The subsequent statistical methods using the impedance signature of the PZT sensors were investigated.
Ionizing radiation can be used to sanitize herbs contaminated by various microorganisms. However, health concerns related to irradiation damage to complex molecules in plants necessitate that methods be developed to monitor such damage. To elucidate DNA damage of herbs caused by irradiation, the DNA comet assay was used for Astragalus membranaceus Bunge and Havenia dulcis Thumb, irradiated at 1, 5, 7, and 10 kGy. With increasing irradiation doses, the tails of comets became longer with average tail length increasing from 17 (non-irradiated) to 124 (10 kGy) $\mu$m in Astragalus membranaceus Bunge. Above 7 kGy, some of the tails were separated from the heads of comets. Distribution patterns of the tail length of In comets selected randomly in the irradiated herbs were analyzed to quantify the DNA damage. These results clearly suggest that the DNA comet assay is an effective and inexpensive tool for the detection of irradiation damage to DNA in herbs.
In this research, we investigated the frequency characteristic of low-velocity impact induced damage signals on graphite/epoxy composite laminates using high-speed fiber Bragg grating(FBG) sensor system. Appling the FBG sensors to damage assessment, we need to study the response of FBG sensors as the damage signals of the different incident angles because FBG shows different directional sensitivity. In order to discriminate an impact induced damage signal from that of undamaged case, drop impacts with different energies were applied to the composite panel with different incident angle to the FBG sensor. Finally, detected impact signals were compared using frequency distributions of wavelet detail components in order to find distinctive signal characteristics of composites delamination.
Vibration-based damage identification method using embedded sensitivity functions is discussed. The theory of embedded sensitivity functions is reviewed and applied to identify damage in a three degree-of-freedom system and a metallic panel. Embedded sensitivity functions are algebraic combinations of measured frequency response functions that reflect changes in the response of mechanical systems when mass, damping or stiffness parameters are changed. By comparing the embedded sensitivity functions with finite difference functions using undamaged and damaged frequency response functions, damage is shown to be properly detected, located and quantified in theory and practice assuming that structures of interest are only damaged in one location. Simulated and experimental results indicate that the technique is most effective when changes to frequency response functions are small to avoid distorsions in the estimated perturbations due to variations in the sensitivity functions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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