Damage identification based on stationary wavelet transform of modal data

• Autorzy: Katunin A.

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja uszkodzeń na podstawie stacjonarnej transformacji falkowej danych modalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Wavelet-based methods applicable for structural damage assessment have been extensively developed over the last decade. These methods are based on the application of wavelet transform to the modal shapes of vibration of structural elements in order to identify the damages. The most of the developed algorithms were based on continuous and discrete wavelet transform. However, due to the energy leakages during application of the discrete wavelet transform and reduction of spatial dimensions of an original signal the obtained results could be inappropriate, especially in the case of small damages. Following this, a new algorithm for spatial damage detection in composite structures based on stationary wavelet transform of modal shapes of vibration was proposed. The proposed algorithm was tested on data of the numerical model of a square composite plate with multiple damages of various shapes. Several advantages of the proposed approach using stationary wavelet transform with respect to discrete wavelet transform were shown and discussed based on the tested example. The detectability performance of the proposed algorithm was tested on the noised data with various levels. Due to the great effectiveness and low computational complexity the presented approach could be implemented in hardware and used in practical structural damage assessment problems as well.

PL

Metody falkowe stosowane do strukturalnej oceny uszkodzeń są intensywnie rozwijane w ciągu ostatniego dziesięciolecia. Metody te opierają się na zastosowaniu transformacji falkowej do postaci własnych drgań elementów strukturalnych w celu identyfikacji uszkodzeń. Jednak, ze względu na przecieki energii podczas zastosowania dyskretnej transformacji falkowej i redukcji wymiarów sygnału wejściowego otrzymane wyniki mogą być nieodpowiednie, szczególnie w przypadku małych uszkodzeń. W związku z tym zaproponowano nowy algorytm dwuwymiarowej identyfikacji uszkodzeń w strukturach kompozytowych oparty na stacjonarnej transformacji falkowej postaci własnych drgań. Zaproponowany algorytm testowano na danych z modelu numerycznego kwadratowej kompozytowej płyty z wielokrotnymi uszkodzeniami o różnym kształcie. Przedstawiono i omówiono niektóre zalety zaproponowanego podejścia w porównaniu do dyskretnej transformacji falkowej na podstawie testowanych danych. Wykrywalność uszkodzeń przy pomocy zaproponowanego algorytmu przetestowano na danych zaszumionych o różnym poziomie. Ze względu na wysoką efektywność i małą złożoność obliczeniową zaproponowane podejście może być zaimplementowane sprzętowo i stosowane w praktycznych problemach oceny uszkodzeń strukturalnych.

Słowa kluczowe

EN

structural damage identification; stationary wavelet transform; discrete wavelet transform; energy leakage; modal analysis; composite structures

PL

strukturalna identyfikacja uszkodzeń; stacjonarna transformacja falkowa; dyskretna transformata falkowa; przeciek energii; analiza modalna; struktury kompozytowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 20, nr 51
• Strony: 35--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

Bibliografia

• 1. Surace C., Ruotolo R.: Crack detection of a beam using the wavelet transform. Proceedings of 12th International Modal Analysis Conference, Honolulu, 1994, p. 1141-1147.
• 2. Sung D.-U., Kim C.-G., Hong C.-S.: Monitoring of impact damages in composite laminates using wavelet transform. “Composites Part B – Engineering” 2002, Vol. 33, p. 35 - 43.
• 3. Chang C.-C., Chen L.-W.: Vibration damage detection of a Timoshenko beam by spatial wavelet based approach. “Applied Acoustics” 2003, Vol. 64, p. 1217-1240.
• 4. Chang C.-C., Chen L.-W.: Detection of the location and size of cracks in the multiple cracked beam by spatial wavelet based approach. “Mechanical Systems and Signal Processing” 2005, Vol. 19, p. 139 - 155.
• 5. Douka E., Loutridis S., Trochidis A.: Crack identification in beams using wavelet analysis. “International Journal of Solids and Structures” 2003, Vol. 40, p. 3557 - 3569.
• 6. Loutridis S., Douka E., Trochidis A.: Crack identification in double-cracked beams using wavelet analysis.” Journal of Sound and Vibration” 2004, Vol. 277, p. 1025 - 1039.
• 7. Gentile A., Messina A.: On the continuous wavelet transforms applied to discrete vibrational data for detecting open cracks in damaged beams. “International Journal of Solids and Structures” 2003, Vol. 40, p. 295 - 315.
• 8. Katunin A.: Identification of multiple cracks in composite beams using discrete wavelet transform. “Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance” 2010, Vol. 45, p. 41-52.
• 9. Katunin A.: The construction of high-order B-spline wavelets and their decomposition relations for fault detection and localisation in composite beams. “Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance” 2011, Vol. 46, p. 43 - 59.
• 10. Zhong S., Oyadiji S.O.: Crack detection in simply supported beams without baseline modal parameters by stationary wavelet transform. “Mechanical Systems and Signal Processing” 2007, Vol. 21, p. 1853 - 1884.
• 11. Zhong S., Oyadiji S.O.: Crack detection in simply supported beams using stationary wavelet transform of modal data. “Structural Control and Health Monitoring” 2011, Vol. 18, p. 169 - 190.
• 12. Zhong S., Oyadiji S.O.: Sampling interval sensitivity analysis for crack detection by stationary wavelet transform. “Structural Control and Health Monitoring” 2013, Vol. 20, p. 45 - 69.
• 13. Peng Z.K., Jackson M.R., Rongong J.A., Chu F.L., Parkin R.M.: On the energy leakage of discrete wavelet transform. “Mechanical Systems and Signal Processing” 2009, Vol. 23, p. 330 - 343.
• 14. Chang C.-C., Chen L.-W.: Damage detection of a rectangular plate by spatial wavelet based approach. “Applied Acoustics” 2004, Vol. 65, p. 819 - 832.
• 15. Huang Y., Meyer D., Nemat-Nasser S.: Damage detection with spatially distributed 2D Continuous Wavelet Transform. “Mechanics of Materials” 2009, Vol. 41, p. 1096 - 1107.
• 16. Fan W., Qiao P.: A 2-D continuous wavelet transform of mode shape data for damage detection of plate structures. “International Journal of Solids and Structures” 2009, Vol. 46, p. 4379 - 4395.
• 17. Katunin A.: Damage identification in composite plates using two-dimensional B-spline wavelets. “Mechanical Systems and Signal Processing” 2011, Vol. 25, p. 3153 - 3167.
• 18. Katunin A., Holewik F.: Crack identification in composite elements with non-linear geometry using spatial wavelet transform. “Archives of Civil and Mechanical Engineering” 2013, Vol. 13, p. 287 - 296.
• 19. Katunin A.: Vibration-based damage identification in composite circular plates using polar discrete wavelet transform. “Journal of Vibroengineering” 2013, Vol. 15, p. 355 - 363.
• 20. Pesquet J.C., Krim H., Carfantan H.: Time-invariant orthonormal wavelet representations. “IEEE Transactions on Signal Processing” 1996, Vol. 44, p. 1964 - 1970.