The model updating problems, which are to find the optimal approximation to the discrete quadratic model obtained by the finite element method, are critically important to the vibration analysis. In this paper, the structured model updating problem is considered, where the coefficient matrices are required to be symmetric and positive semidefinite, represent the interconnectivity of elements in the physical configuration and minimize the dynamics equations, and furthermore, due to the physical feasibility, the physical parameters should be positive. To the best of our knowledge, the model updating problem involving all these constraints has not been proposed in the existed literature. In this paper, based on the semidefinite programming technique, we design a general-purpose numerical algorithm for solving the structured model updating problems with incomplete measured data and present some numerical results to demonstrate the effectiveness of our method.
Kim, Hack-Jin;Yu, Eun-Jong;Kim, Ho-Geun;Lee, Sang-Hyun;Cho, Seung-Ho;Chung, Lan
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.647-652
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2008
This paper focused on the application of finite element model updating technique to evaluate the structural properties of the reinforced concrete specimen using the data collected from shaking table tests. The specimen was subjected to six El Centro(NS, 1942) ground motion histories with different Peak Ground Acceleration(PGA) ranging from 0.06g to 0.50g. For model updating, flexural stiffness values of structural members(walls and slabs) were chosen as the updating parameters so that the converged results have direct physical interpretations. Initial values for finite element model were determined from the member dimensions and material properties. Frequency response functions(i.e. transfer functions), natural frequencies and mode shapes were obtained using the acceleration measurement at each floor and given ground acceleration history. The weighting factors were used to account for the relative confidence in different types of inputs for updating(i.e. transfer function and natural frequencies). The constraints based on upper/lower bound of parameters and sensitivity-based constraints were implemented to the updating procedure in this study using standard bounded variable least-squares(BVLS) method. The veracity of the updated finite element model was investigated by comparing the predicted and measured responses. The results indicated that the updated model replicates the dynamic behavior of the specimens reasonably well. At each stage of shaking, severity of damage that results from cracking of the reinforced concrete member was quantified from the updated parameters(i.e. flexural stiffness values).
Kim, H.J.;Yu, E.J.;Kim, H.G.;Chang, K.K.;Lee, S.H.;Cho, S.H.;Chung, L.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.7
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pp.725-731
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2008
This paper focused on the application of finite element model updating technique to evaluate the structural properties of the reinforced concrete specimen using the data collected from shaking table tests. The specimen was subjected to six El Centre (NS, 1942) ground motion histories with different peak ground acceleration (PGA) ranging from 0.06 g to 0.50 g. For model updating, flexural stiffness values of structural members (walls and slabs) were chosen as the updating parameters so that the converged results have direct physical interpretations. Initial values for finite element model were determined from the member dimensions and material properties. Frequency response functions (i.e. transfer functions), natural frequencies and mode shapes were obtained using the acceleration measurement at each floor and given ground acceleration history. The weighting factors were used to account for the relative confidence in different types of Inputs for updating (j.e. transfer function and natural frequencies) The constraints based on upper/lower bound of parameters and sensitivity-based constraints were implemented to the updating procedure in this study using standard bounded variable least-squares(BVLS) method. The veracity of the updated finite element model was investigated by comparing the predicted and measured responses. The results indicated that the updated model replicates the dynamic behavior of the specimens reasonably well. At each stage of shaking, severity of damage that results from cracking of the reinforced concrete member was quantified from the updated parameters (i.e. flexural stiffness values).
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.579-592
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2010
This paper presents a multi-phase model update approach for system identification of prestressed concrete (PSC) girders under various prestress forces. First, a multi-phase model update approach designed on the basis of eigenvalue sensitivity concept is newly proposed. Next, the proposed multi-phase approach is evaluated from controlled experiments on a lab-scale PSC girder for which forced vibration tests are performed for a series of prestress forces. On the PSC girder, a few natural frequencies and mode shapes are experimentally measured for the various prestress forces. The corresponding modal parameters are numerically calculated from a three-dimensional finite element (FE) model which is established for the target PSC girder. Eigenvalue sensitivities are analyzed for potential model-updating parameters of the FE model. Then, structural subsystems are identified phase-by-phase using the proposed model update procedure. Based on model update results, the relationship between prestress forces and model-updating parameters is analyzed to evaluate the influence of prestress forces on structural subsystems.
Mo, Ye;Wang, Zuo-Cai;Chen, Genda;Ding, Ya-Jie;Ge, Bi
Smart Structures and Systems
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v.29
no.5
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pp.729-746
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2022
In this paper, a nonlinear structural model updating methodology based on the Deep Belief Network (DBN) is proposed. Firstly, the instantaneous parameters of the vibration responses are obtained by the discrete analytical mode decomposition (DAMD) method and the Hilbert transform (HT). The instantaneous parameters are regarded as the independent variables, and the nonlinear model parameters are considered as the dependent variables. Then the DBN is utilized for approximating the nonlinear mapping relationship between them. At last, the instantaneous parameters of the measured vibration responses are fed into the well-trained DBN. Owing to the strong learning and generalization abilities of the DBN, the updated nonlinear model parameters can be directly estimated. Two nonlinear shear-type structure models under two types of excitation and various noise levels are adopted as numerical simulations to validate the effectiveness of the proposed approach. The nonlinear properties of the structure model are simulated via the hysteretic parameters of a Bouc-Wen model and a Giuffré-Menegotto-Pinto model, respectively. Besides, the proposed approach is verified by a three-story shear-type frame with a piezoelectric friction damper (PFD). Simulated and experimental results suggest that the nonlinear model updating approach has high computational efficiency and precision.
In this paper, the structural health monitoring (SHM) benchmark problem of the Canton tower is studied. Based on the field monitoring data from the 20 accelerometers deployed on the tower, some modal frequencies and mode shapes at measured degrees of freedom of the tower are identified. Then, these identified incomplete modal data are used to update the reduced finite element (FE) model of the tower by a novel algorithm. The proposed algorithm avoids the problem of subjective selection of updated parameters and directly updates model stiffness matrix without model reduction or modal expansion approach. Only the eigenvalues and eigenvectors of the normal finite element models corresponding to the measured modes are needed in the computation procedures. The updated model not only possesses the measured modal frequencies and mode shapes but also preserves the modal frequencies and modes shapes in their normal values for the unobserved modes. Updating results including the natural frequencies and mode shapes are compared with the experimental ones to evaluate the proposed algorithm. Also, dynamic responses estimated from the updated FE model using remote senor locations are compared with the measurement ones to validate the convergence of the updated model.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1633-1640
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2000
The finite element analysis (FEA) is widely used in modem structural dynamics because the performance of structure can be predicted in early stage. However, due to the difficult in determination of various uncertain parameters, it is not be easy to obtain a reliable finite element model. To overcome these difficulties, updating program of FE model is developed by consisting of pretest, correlation and updating. In correlation, it calculates modal assurance criteria, cross orthogonality, mixed orthogonality and coordinate modal assurance criteria. For the model updating, the continuum sensitivity analysis and design optimization tool (DOT) are used. The SENSUP program is developed for model updating to obtain physical parameter sensitivity. The developed program is applied to practical examples such as the base plate of HDD, BLDC spindle motor, and upper housing of induction motor. And the sensor placement for the square plate is compared using several methods.
Kim, Hongjin;Kim, Whajung;Kim, Boung-Yong;Hwang, Jae-Seung
Structural Engineering and Mechanics
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v.30
no.2
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pp.191-209
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2008
A structural monitoring system based on cheap and wireless monitoring system is investigated in this paper. Due to low-cost and low power consumption, micro-electro-mechanical system (MEMS) is suitable for wireless monitoring and the use of MEMS and wireless communication can reduce system cost and simplify the installation for structural health monitoring. For system identification using wireless MEMS, a finite element (FE) model updating method through correlation with the initial analytical model of the structure to the measured one is used. The system identification using wireless MEMS is evaluated experimentally using a three storey frame model. Identification results are compared to ones using data measured from traditional accelerometers and results indicate that the system identification using wireless MEMS estimates system parameters with reasonable accuracy. Another smart sensor considered in this paper for structural health monitoring is Lead Zirconate Titanate (PZT) which is a type of piezoelectric material. PZT patches have been applied for the health monitoring of structures owing to their simultaneous sensing/actuating capability. In this paper, the system identification for building structures by using PZT patches functioning as sensor only is presented. The FE model updating method is applied with the experimental data obtained using PZT patches, and the results are compared to ones obtained using wireless MEMS system. Results indicate that sensing by PZT patches yields reliable system identification results even though limited information is available.
In rail industry, noise reduction is a concern to decrease environmental pollution. The current study focuses on rail damper modeling and improvement of the model through validation with experimental results. Accurate modeling and simulation of rail dampers, specifically tuned rail dampers with layers interconnected by bolt joints, shall enable objective-oriented improvement of their design. In this work, to improve the damper model cone pressure theory is applied in the FE model and the sensitivity analysis is then applied to gradually improve the FE model. The improved model yields higher Modal Assurance Criterion (MAC) values and lower frequencies deviation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.35-42
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2021
This paper presents an on-line finite element model updating method for in-service structures using measured data. Conventional updating methods, which are based on numerical optimization, are not efficient for on-line updating because they generally require repeated eigenvalue analyses until convergence criteria are met. The proposed method enables fully automated on-line finite element model updating, almost simultaneously with vibration measurement, without any user intervention or off-line procedures. The automated covariance-driven stochastic subspace identification (Cov-SSI) method is utilized to identify modal frequencies and vectors, and the identified modal data is fed to the neural network of the inverse eigenvalue function to produce the updated finite element model parameters. Numerical examples for a wind excited 20-story building structure shows that the proposed method can update the series of finite element model parameters automatically. It is also shown that sudden changes in the structural parameters can be detected and traced successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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