Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권4호
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pp.497-501
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2009
When modal tests on the large structures and machinery are performed, it is in general difficult and inaccurate to use artificial excitation devices such as impact hammers, because of insufficient capacity of the device and different environmental conditions of the concerned structures. Therefore, the Operational Modal Analysis(OMA) technique, which is performed by measuring only vibration responses during the operation of the objective product, can be one alternative. In this paper, the way to identify natural frequencies, mode shapes and damping ratios of a ship by using the OMA during the sea trail is described.
In this article, the dynamic parameters (frequencies, mode shapes, damping ratios) of the scaled concrete structure and the dynamic parameters (frequencies, mode shapes, damping ratios) of the entire outer surface of titanium dioxide, 80 micron in thickness are compared using operational modal analysis method. Ambient excitation was provided from micro tremor ambient vibration data on ground level. Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) was used for the output only modal identification. From this study, a good correlation between mode shapes was found. Titanium dioxide applied to the entire outer surface of the scaled concrete structure has an average of 11.78% difference in frequency values and 10.15% in damping ratios, proving that nanomaterials can be used to increase rigidity in structures, in other words, for reinforcement. Another important result determined in the study was the observation of the adherence of titanium dioxide and similar nanomaterials mentioned in the introduction to concrete structure surfaces was at the highest level.
This paper was written in the context of a benchmark study promoted by The Hong Kong Polytechnic University using data samples collected in an instrumented cable-stayed bridge. The main goal of the benchmark test was to study the identification of the bridge modes of vibration under different wind conditions. In this contribution, the tools developed at ViBest/FEUP for automated data processing of setups collected by dynamic monitoring systems are presented and applied to the data made available in the context of the benchmark study. The applied tools are based on parametric output only modal identification methods combined with clustering algorithms. The obtained results demonstrate that the proposed algorithms succeeded to automatically identify the modes with relevant contribution for the bridge response under different wind conditions.
Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris
Computers and Concrete
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제12권6호
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pp.803-818
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2013
In this study, analytical and experimental modal analyses of a scaled bridge model are carried out to extract the dynamic characteristics such as natural frequency, mode shapes and damping ratios. For this purpose, a scaled bridge model is constructed in laboratory conditions. Three dimensional finite element model of the bridge is constituted and dynamic characteristics are determined, analytically. To identify the dynamic characteristics experimentally; Experimental Modal Analyses (ambient and forced vibration tests) are conducted to the bridge model. In the ambient vibration tests, natural excitations are provided and the response of the bridge model is measured. Sensitivity accelerometers are placed to collect signals from the measurements. The signals collected from the tests are processed by Operational Modal Analysis; and the dynamic characteristics of the bridge model are estimated using Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods. In the forced vibration tests, excitation of the bridge model is induced by an impact hammer and the frequency response functions are obtained. From the finite element analyses, a total of 8 natural frequencies are attained between 28.33 and 313.5 Hz. Considering the first eight mode shapes, these modes can be classified into longitudinal, transverse and vertical modes. It is seen that the dynamic characteristics obtained from the ambient and forced vibration tests are close to each other. It can be stated that the both of Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are very useful to identify the dynamic characteristics of the bridge model. The first eight natural frequencies are obtained from experimental measurements between 25.00-299.5 Hz. In addition, the dynamic characteristics obtained from the finite element analyses have a good correlation with experimental frequencies and mode shapes. The MAC values obtained between 90-100% and 80-100% using experimental results and experimental-analytical results, respectively.
This paper presents a new method for seismic vulnerability assessment of buildings with reference to their operational limit state. The importance of this kind of evaluation arises from the civil protection necessity that some buildings, considered strategic for seismic emergency management, should retain their functionality also after a destructive earthquake. The method is based on the identification of experimental modal parameters from ambient vibrations measurements. The knowledge of the experimental modes allows to perform a linear spectral analysis computing the maximum structural drifts of the building caused by an assigned earthquake. Operational condition is then evaluated by comparing the maximum building drifts with the reference value assigned by the Italian Technical Code for the operational limit state. The uncertainty about the actual building seismic frequencies, typically significantly lower than the ambient ones, is explicitly taken into account through a probabilistic approach that allows to define for the building the Operational Index together with the Operational Probability Curve. The method is validated with experimental seismic data from a permanently monitored public building: by comparing the probabilistic prediction and the building experimental drifts, resulting from three weak earthquakes, the reliability of the method is confirmed. Finally an application of the method to a strategic building in Italy is presented: all the procedure, from ambient vibrations measurement, to seismic input definition, up to the computation of the Operational Probability Curve is illustrated.
Yang He-Zhen;Park Han-Il;Choi Kyung-Sik;Li Hua-Jun
한국해양공학회지
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제20권2호
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pp.1-7
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2006
This paper, presents a comparison between numerical analysis and field test on a real offshore platform in Bohai Bay, China. This platform is a steel jacket offshore platform with vertical piles. The field testing under wave-induced force and wind force etc. was conducted, in order to obtain the dynamic parameters of the structure, including the frequencies of the jacket platform, as well as the corresponding damping ratios and mode shapes. The natural excitation technology (NexT) combined with eigensystem realization algorithm (ERA) and the peak picking (PP) method in frequency domain are carried out for modal parameter indentification under operational conditions. The three-dimeansional finite element model (FEM) is constructed by ANSYS and analytical modal analysis is performed to generate modal parameters. The analytical results were compared with experimental results. A good agreement was achieved between the finite element and analysis and field test results. It is further demonstrated that the numerical and experimental modal analysis provide a comprehensive study on the dynamic properties of the jacket platform. According to the analysis results, the modal parameters identification under ambient excitation can calibrate finite element model of the jacket platform structures, or can be used for the structural health monitoring system.
The dynamic properties (frequencies, mode shapes, damping ratios) of the scaled WPC warehouse are compared using the operational modal analysis approach to the dynamic parameters (frequencies, mode shapes, damping ratios) of the full outer surface of titanium dioxide, 70 micron in thickness. Micro tremor ambient vibration data on ground level was used to provide ambient excitation. For the output-only modal identification, Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) was used. This study discovered a strong correlation between mode shapes. Titanium dioxide applied to the entire outer surface of the scaled WPC warehouse results in an average 14.05 percent difference in frequency values and 7.61 percent difference in damping ratios, demonstrating that nanomaterials can be used to increase rigidity in structures, or for reinforcement. Another significant finding in the study was the highest level of adherence of titanium dioxide and similar nanomaterials mentioned in the introduction to WPC structure surfaces.
Finite element analysis is one of the important methods to study the structural performance. Due to the simplification, discretization and error of structural parameters, numerical model errors always exist. Besides, structural characteristics may also change because of material aging, structural damage, etc., making the initial finite element model cannot simulate the operational response of the structure accurately. Based on Bayesian methods, the initial model can be updated to obtain a more accurate numerical model. This paper presents the work on the field test, modal identification and model updating of a Chinese reinforced concrete pagoda. Based on the ambient vibration test, the acceleration response of the structure under operational environment was collected. The first six translational modes of the structure were identified by the enhanced frequency domain decomposition method. The initial finite element model of the pagoda was established, and the elastic modulus of columns, beams and slabs were selected as model parameters to be updated. Assuming the error between the measured mode and the calculated one follows a Gaussian distribution, the posterior probability density function (PDF) of the parameter to be updated is obtained and the uncertainty is quantitatively evaluated based on the Bayesian statistical theory and the Metropolis-Hastings algorithm, and then the optimal values of model parameters can be obtained. The results show that the difference between the calculated frequency of the finite element model and the measured one is reduced, and the modal correlation of the mode shape is improved. The updated numerical model can be used to evaluate the safety of the structure as a benchmark model for structural health monitoring (SHM).
In this paper, a method is presented to identify the physical and modal parameters of multistory shear building based on substructural technique using block pulse generalized operational matrix and genetic algorithm. The substructure approach divides a complete structure into several substructures in order to significantly reduce the number of unknown parameters for each substructure so that identification processes can be independently conducted on each substructure. Block pulse functions are set of orthogonal functions that have been used in recent years as useful tools in signal characterization. Assuming that the input-outputs data of the system are known, their original BP coefficients can be calculated using numerical method. By using generalized BP operational matrices, substructural dynamic vibration equations can be converted into algebraic equations and based on BP coefficient for each story can be estimated. A cost function can be defined for each story based on original and estimated BP coefficients and physical parameters such as mass, stiffness and damping can be obtained by minimizing cost functions with genetic algorithm. Then, the modal parameters can be computed based on physical parameters. This method does not require that all floors are equipped with sensor simultaneously. To prove the validity, numerical simulation of a shear building excited by two different normally distributed random signals is presented. To evaluate the noise effect, measurement random white noise is added to the noise-free structural responses. The results reveal the proposed method can be beneficial in structural identification with less computational expenses and high accuracy.
In this paper, an adaptive MEMD based modal identification technique for linear time-invariant systems is proposed employing multiple vibration measurements. Traditional empirical mode decomposition (EMD) suffers from mode-mixing during sifting operations to identify intrinsic mode functions (IMF). MEMD performs better in this context as it considers multi-channel data and projects them into a n-dimensional hypercube to evaluate the IMFs. Using this technique, modal parameters of the structural system are identified. It is observed that MEMD has superior performance compared to its traditional counterpart. However, it still suffers from mild mode-mixing in higher modes where the energy contents are low. To avoid this problem, an adaptive filtering scheme is proposed to decompose the interfering modes. The Proposed modified scheme is then applied to vibrations of a reinforced concrete road bridge. Results presented in this study show that the proposed MEMD based approach coupled with the filtering technique can effectively identify the parameters of the dominant modes present in the structural response with a significant level of accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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