Structure’s damage detection supported by contact and contact-less global methods

• Autorzy: Kohut P. , Holak K. , Mendrok K. , Maj W.

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie uszkodzeń konstrukcji z wykorzystaniem globalnych metod kontaktowych i bezkontaktowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper briefly describes two Structural Health Monitoring (SHM) systems applied for damage detection in civil engineering structures: the vision-based system for in-plane measurement of a structure's displacement fields, and vibration-based SHM system with modal filter as a core component. In vision-based system, the deflection curve is obtained as a result of analysis of two images of the construction: the reference one and the one acquired after application of the load. A modal filter is also an excellent indicator of damage detection, with such advantages as low computational effort, ease of automation and low sensitivity to environmental changes. To apply this method in a real SHM system, the measuring diagnostic unit has been designed and built. The system installed on the test stand consisted of a network of a sensors, needed by modal filtration system, placed in selected area of the structure. Additionally a linear transducer for measurement of deformation of the lower beam of the structure under investigation was used. The paper shows the results of their laboratory tests on truss structure. The experimental results obtained by both systems were compared.

PL

Artykuł opisuje dwa systemy monitorujące stan konstrukcji (SHM) wykorzystane do wykrywania uszkodzeń konstrukcji inżynierii lądowej: system wizyjny przeznaczony do dwuwymiarowych pomiarów pól przemieszczeń konstrukcji, oraz system oparty na filtracji modalnej. W systemie wizyjnym krzywa odkształcenia uzyskiwana jest w wyniku analizy dwóch zdjęć obiektu: obrazu odniesienia oraz zdjęcia obiektu obciążonego. Filtr modalny jest doskonałym wskaźnikiem detekcji uszkodzeń. Jego zaletą są niskie wymagania obliczeniowe, łatwość automatyzacji oraz mała wrażliwość na zmiany środowiskowe. Metoda ta została opisana i przetestowana numerycznie przez autorów. Aby zastosować ją w rzeczywistym systemie SHM zaprojektowano specjalny moduł diagnostyczno - pomiarowy. System zainstalowany na stanowisku składał się z grupy czujników wymaganych przez system filtracji modalnej umieszczonych w wybranym obszarze obiektu. Ponadto wykorzystano czujnik LVDT do pomiaru odkształcenia liniowego dolnej belki. Systemy zostały przetestowane na rzeczywistych konstrukcjach. Artykuł przedstawia wyniki testów laboratoryjnych na laboratoryjnej konstrukcji ramowej. Wyniki eksperymentu uzyskane za pomocą obu systemów zostały ze sobą porównane.

Słowa kluczowe

EN

digital image correlation; image registration; vision systems; optical measurement systems; deflection measurement; modal filter; damage detection; laboratory testing; truss structures

PL

cyfrowa korelacja obrazów; rejestracja obrazów; system wizyjny; system pomiarowy optyczny; pomiar odkształceń; filtr modalny; wykrywanie uszkodzeń; testowanie laboratoryjne; struktury kratowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 14, No. 1
• Strony: 47--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kohut P.

• AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Mechatronics, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Holak K.

autor

Mendrok K.

• AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Mechatronics, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Maj W.

• AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Mechatronics, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] T. Uhl, P. Kohut, K. Holak, Prototype of the vision system for deflection measurements. Diagnostyka (4), 3-11, 2011.
• [2] T. Uhl, P. Kohut, K. Holak, K. Krupiński, Vision based condition assessment of structures, Journal of Physics, Conference Series, vol. 305 (2011) pp. 1-10.
• [3] P. Kohut, P. Kurowski, The integration of vision based measurement system and modal analysis for detection and localization of damage Engineering achievements across the global village, The International Journal of INGENIUM, pp. 391-398, 2005.
• [4] P. Kohut, P. Kurowski, The integration of vision system and modal analysis for SHM applications Proceedigns, Of the IMAC-XXIV a conference and exposition on structural dynamics, pp. 1-8, St.Louis, USA, 2005.
• [5] S. Jang, S. Sim, B. Spencer, Structural damage detection using static strain data Proceedings of the World Forum on Smart, Materials and Smart Structures Technology, China, 2007.
• [6] H. J. Guo, Z. Li, Structural damage detection based on strain energy and evidence theory. Journal of Applied Mechanics and Materials 48-49, 1122-11256, 2011.
• [7] X. Chen, H. Zhu, C. Chen, Structural damage identification using test static databased on grey system theory, Journal of Zhejiang University Science 6(5), 790-796, 2005.
• [8] Dilena M., Morassi A., Identification of crack location in vibrating beams from changes in node positions, Journal of Sound and Vibration, Vol. 255, Nr 5, 2002, s. 915-930.
• [9] H. J. Guo, Z. Li, Structural damage detection based on strain energy and evidence theory. Journal of Applied Mechanics and Materials 48-49, 1122-11256, 2011.
• [10] X. Chen, H. Zhu, C. Chen, Structural damage identification using test static databased on grey system theory, Journal of Zhejiang University Science 6(5), 790-796, 2005.
• [11] H. Li , H. Yong, J. O, Y. Bao, Fractal dimension-based damage detection method for beams with a uniform cross-section. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 26(3), 190-206, 2011.
• [12] Hensman J., Surace C., Gherlone M., Detecting mode-shape discontinuities without differentiation - examining a Gaussian process approach, Journal of Physics: Conference Series 305, 2011, s. 1-10.
• [13] S. Patsias, W. J. Staszewski, Damage detection using optical measurements and wavelets. Structural Health Monitoring 1(1), 5-22, 2002.
• [14] A. Gałęzia, S. Gontarz, M. Jasiński, J. Mączak, S. Radkowski, J. Seńko, Distributed system for monitoring the large scale infrastructure structures based on changes analysis of its static and dynamic properties. Key Engineering Materials. Vol. 518, 2012, pp 106-118, 2012.
• [15] J. Bajkowski, M. Jasiński, J. Mączak, S. Radkowski, R. Zalewski, The active magnetorheological support as an element of damping of vibrations transferred from the ground to large-scale structure supports. Key Engineering Materials, Vol. 518, pp 350-357, 2012.
• [16] Hartley R., Zisserman A., Multiple View Geometry in Computer Vision, Cambridge University Press, 2004.
• [17] Z. Zhang. A flexible new technique for camera calibration. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., 22 (11) (2000) 1330-1334.
• [18] Holak K., Kohut P., Martowicz A., Uhl T., An uncertainty analysis for developed measurement vision system aided by numerical simulations, Mechanics and Control, vol. 30, Nr 2, 2011, s. 65-72.
• [19] Holak K., Uhl T., Kohut P., Krupiński K.,Vision based condition assessment of structures, 9th International Conference on Damage Assessment of Structures (DAMAS 2011), Journal of Physics: Conference Series 305, IOP Publishing, 2011.
• [20] Holak K., Kohut P., Uhl T., Krupiński K., Owerko T., Kuraś P., Structure's Condition Monitoring Based on Optical Measurements, Key Engineering Materials, Vol. 518, s. 338-349.
• [21] Deraemaeker A., Preumont A., Vibration based damage detection using large array sensors and spatial filters, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 20, Is. 7, 1615-1630, (2006).
• [22] Mendrok K., Uhl. T.: Modal filtration for damage detection and localization, Proceedings of 4th EWoSHM, Krakow, (2008).
• [23] Mendrok K.: Simulation verification of damage detection algorithm, Diagnostyka, Vol. 3, 17-23, (2010).
• [24] Mendrok K., Uhl T., Overview of modal model based damage detection methods, Proceedings of 2004 ISMA, Leuven, Belgium, (2004).
• [25] Zhang Q., Allemang, R.J., Brown, D.L., Modal Filter: Concept and Applications, Proceedings of International Modal Analysis Conference, pp. 487-496, (1990).
• [26] Meirovitch L., Baruh H., Control of selfadjoint distributed parameter system, Journal of Guidance Control and Dynamics, 8 (6), 60-66, (1982).
• [27] Mendrok K., Maj W.: “Laboratory tests of the SHM system based on modal filtration”, Diagnostyka, Vol. 1, 13-20, (2011).
• [28] Mendrok K., Uhl T.: The application of modal filters for damage detection, Smart Structures and Systems, Vol. 6, No. 2 115-133, (2010).