Many vibration-based global damage detection methods attempt to extract modal parameters from vibration signals as the main structural features to detect damage. The local flexibility method is one promising method that requires only the first few fundamental modes to detect not only the location but also the extent of damage. Generally, the mode shapes in the lateral degree of freedom are extracted from lateral vibration signals and then used to detect damage for a beam structure. In this study, a new approach which employs the mode shapes in the rotary degree of freedom obtained from the macro-strain vibration signals to detect damage of a beam structure is proposed. In order to facilitate the application of mode shapes in the rotary degree of freedom for beam structures, the local flexibility method is modified and utilized. The proposed rotary approach is verified by numerical and experimental studies of simply supported beams. The results illustrate potential feasibility of the proposed new idea. Compared to the method that uses lateral measurements, the proposed rotary approach seems more robust to noise in the numerical cases considered. The sensor configuration could also be more flexible and customized for a beam structure. Primarily, the proposed approach seems more sensitive to damage when the damage is close to the supports of simply supported beams.
The classical flexibility difference method detects damage by observing the difference of conventional deflection flexibility matrices between pre- and post-damaged states of a structure. This method is not able to identify multiple damage scenarios, and its criteria to identify damage depend upon the boundary conditions of structures. The key point behind the inability and dependence is revealed in this study. A more feasible flexibility for damage detection, the Angle-between-String-and-Horizon (ASH) flexibility, is proposed. The physical meaning of the new flexibility is given, and synthesis of the new flexibility matrix by modal frequencies and translational mode shapes is formulated. The damage indicators are extracted from the difference of ASH flexibility matrices between the pre- and post-damaged structures. One feature of the ASH flexibility is that the components in the ASH flexibility matrix are associated with elements instead of Nodes or DOFs. Therefore, the damage indicators based on the ASH flexibility are mapped to structural elements directly, and thus they can pinpoint the damaged elements, which is appealing to damage detection for complex structures. In addition, the change in the ASH flexibility caused by damage is not affected by boundary conditions, which simplifies the criteria to identify damage. Moreover, the proposed method can determine relatively the damage severity. Because the proposed damage indicator of an element mainly reflects the deflection change within the element itself, which significantly reduces the influence of the damage in one element on the damage indicators of other damaged elements, the proposed method can identify multiple damage locations. The viability of the proposed approach has been demonstrated by numerical examples and experimental tests on a cantilever beam and a simply supported beam.
A detailed finite element modeling is presented for the simulation of the nonlinear behavior of reinforced concrete structures which manages to predict the nonlinear behavior of four different experimental setups with computational efficiency, robustness and accuracy. The proposed modeling method uses 8-node hexahedral isoparametric elements for the discretization of concrete. Steel rebars may have any orientation inside the solid concrete elements allowing the simulation of longitudinal as well as transverse reinforcement. Concrete cracking is treated with the smeared crack approach, while steel reinforcement is modeled with the natural beam-column flexibility-based element that takes into consideration shear and bending stiffness. The performance of the proposed modeling is demonstrated by comparing the numerical predictions with existing experimental and numerical results in the literature as well as with those of a commercial code. The results show that the proposed refined simulation predicts accurately the nonlinear inelastic behavior of reinforced concrete structures achieving numerical robustness and computational efficiency.
전단빌딩에 발생한 손상 추정에 있어서 대상 구조물의 물성치를 가정하고 이상화한 모델을 이용한 역해석이 필요하다. 강성행렬을 이용하는 고전적인 손상추정 방법에 비해 유연도 행렬을 이용한 손상추정은 구조물의 저차모드를 이용하기 때문에 비교적 정확한 값을 계산할 수 있기 때문에 더 효과적으로 알려져 있다. 이 논문에서는 손상추정을 위한 알고리즘으로 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 도입하였고, 구조 응답에서 취득할 수 있는 유연도 행렬을 이용하여 역해석을 통한 손상추정 기법을 소개하고 있다. 제안된 손상추정 기법은 전단빌딩의 강성에 대한 정확한 정보가 없는 상황에서 전단빌딩의 손상으로 인한 실제 강성변화량을 추정하도록 하였다. 더불어 open source code인 OPENSEES를 이용하여 전단빌딩 수치해석을 통해 제안된 손상추정 기법의 효율성을 검증하였다.
In clinical use, coronary stents keep coronary arteries open after expansion with a balloon catheter and prevent the expanded artery from collapsing. Coronary stents are positioned in artery by catheter with a balloon along a guide wire to the lesion site. Flexibility is one of important ability for delivery. In this paper, Palmaz-Schatz stent and Tenax complete stent were selected because these are the most representative of tubular stents. Finite element analyses for the stent system were performed using ABAQUS/Standard code. The present study estimated the flexibility of coronary stents due to loading directions. Moreover the present paper suggests a numerical method to test the flexibility of stents. In conclusion this paper shows how the finite element analysis can be effectively organized in the stent development.
The virtual forces of the original local flexibility method are restricted to inducing stress on the local parts of a structure. To circumvent this restriction, we developed a pseudo local flexibility (PLFM) method that can successfully detect damage to hyperstatic beam structures using fewer modes. For this study, we further developed the PLFM so that it could detect damage in plate structures. We also devised the theoretical background for the PLFM with non-local virtual forces for plate structures, and both the lateral and rotary degree of freedom (DOF) measurements were considered separately. This study investigates the effects of the number of modes, the actual location that sustained damage, multiple damage locations, and noise in modal parameters for the damage detection results obtained from damaged numerical plates. The results revealed that the PLFM can be used for damage detection, localization, and quantification for plate structures, regardless of the use of the lateral DOF and/or rotary DOF.
In supply chain management, the supply contract can induce collaboration and coordination among the supply chain members in order to optimize supply chain performance. Numerous supply contracts have been examined; however, some difficulties related to the application of these contracts still occur. One of the solutions is to apply the composite supply contract which can assist in the supply chain coordination. This research examines the composite contract of the revenue sharing and quantity flexibility contracts in a two-stage supply chain, which comprises a retailer and a supplier. In this research, a mathematical model of the composite contract is developed; then, the applicability of the proposed composite contract is examined by investigating its capability in terms of supply chain coordination and profit allocation. In the numerical experiments, the composite revenue sharing-quantity flexibility contract showed that it is superior to both component contracts in terms of supply chain coordination and profit allocation among supply chain members.
This paper presents an alternative way to derive the exact element stiffness matrix for a beam on Winkler foundation and the fixed-end force vector due to a linearly distributed load. The element flexibility matrix is derived first and forms the core of the exact element stiffness matrix. The governing differential compatibility of the problem is derived using the virtual force principle and solved to obtain the exact moment interpolation functions. The matrix virtual force equation is employed to obtain the exact element flexibility matrix using the exact moment interpolation functions. The so-called "natural" element stiffness matrix is obtained by inverting the exact element flexibility matrix. Two numerical examples are used to verify the accuracy and the efficiency of the natural beam element on Winkler foundation.
In this paper a simple finite element is proposed for analyzing out of plane vibration of thin walled curved beams, with both open and closed sections, considering shear flexibility. The present element is obtained from a variational formulation governing the dynamics of a three-dimensional elastic body in which the stress tensor as well as the displacements are variationally independent. The element has two nodes with four degrees of freedom in each. Numerical examples for the first six frequencies are performed in order to assess the accuracy of the finite element formulation and to show the influence of the shear flexibility on the dynamics of the member.
Meng, Fanhao;Yu, Jingjun;Alaluf, David;Mokrani, Bilal;Preumont, Andre
Smart Structures and Systems
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제23권1호
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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