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Auto-correlation-function-based damage index for damage detection and system identification = Autokorrelationsfunktions-basierter Schadensindex zur Schadenserkennung und Systemindifikation



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Muyu Zhang

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (VII, 189 Seiten) : Illustrationen


Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-11-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-118708
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680614/files/680614.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680614/files/680614.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Mechanik (411110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
damage detection (frei) ; system identification (frei) ; sensitivity analysis (frei) ; auto correlation function (frei) ; damage index (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In dieser Arbeit wird eine neue Vorgehensweise zur Schadenserkennung vorgestellt,die auf Autokorrelationsfunktionen der Antwortsignale bei Schwingungserregung inForm von weißem Rauschen oder bei sinusförmiger Erregung basiert. Die Maximalwerteder Autokorrelationsfunktionen in verschiedenen Messpunkten werden als ein Vektorformuliert. Dieser Vektor der Maximalwerte der Autokorrelationsfunktionen (AMV) isteine gewichtete Kombination des Hadamard-Produkts von zwei Eigenschwingungsformen.Der AMV wird durch seinen Effektivwert normiert, um den Einfluss der Erregung zueliminieren. Eine Sensitivitätsanalyse der unterschiedlichen Anteile des normierten AMVzeigt, dass dessen Sensitivität gegenüber der lokalen Steifigkeit abhängig ist von derSensitivität des Hadamar-Produkts von zwei Eigenschwingungsformen niedriger Ordnunggegenüber der lokalen Steifigkeit, die eine deutliche Änderung an derjenigen Stelleaufweist, an der eine lokale Steifigkeitsänderung auftritt. Die Sensitivität des normiertenAMV weist denselben Trend auf und ist somit ein guter Indikator für eine auftretendeSchädigung, selbst wenn diese sehr gering ist. Die relative Änderung des normiertenAMV vor und nach Auftreten der Schädigung wird deshalb als Schädigungsindexverwendet, um die Schädigung zu erkennen. Die Erkennung einer Steifigkeitsminderungwird am Beispiel einer zwölfstöckigen Rahmenstruktur vorgestellt, um die Resultate derSensitivitätsanalyse zu validieren, die Effektivität der AMV-basierten Methode sowie ihreFähigkeit zur Rauschunterdrückung zu demonstrieren und den Effekt unterschiedlicherAntwortsignale und Frequenzbereiche der Schwingungserregung auf die Beobachtbarkeitdes normierten AMV zu untersuchen. Weiterhin zeigt der Vergleich zwischen demnormierten AMV und anderen auf Korrelationsfunktionen basierenden Methoden zurSchadenserkennung, dass die hier vorgestellte Methode eine bessere Detektion aufweist.Außerdem wird in dieser Arbeit eine Methode zur Systemidentifikation vorgeschlagen,die auf Autokorrelationsfunktionen basiert.

In this dissertation, a new approach to detect the damage based on the auto correlationfunction of vibration response signals under white noise excitation and sinusoidalexcitation is proposed. The maximum values of the auto correlation function fromdifferent measurement points are formulated as a vector called Auto Correlation Functionat Maximum Point Value Vector (AMV), which is a weighted combination of theHadamard product of two mode shapes. AMV is normalized by its root mean squarevalue to eliminate the influence of the excitation. A sensitivity analysis of the differentparts of the normalized AMV shows that the sensitivity of the normalized AMV to thelocal stiffness is dependent on the sensitivity of the Hadamard product of the two lowerorder mode shapes to the local stiffness, which has a sharp change around the localstiffness change location. The sensitivity of the normalized AMV has the same trend,which shows it is a good indicator for the damage even when the damage is very small.The relative change of the normalized AMV before and after damage is used as thedamage index to detect the damage. As a example, a stiffness reduction detection of a12-story frame structure is provided to validate the results of the sensitivity analysis,illustrate the effectiveness and anti-noise ability of the AMV-based damage detectionmethod and compare the effect of the response type and excitation frequency rangeon the detectability of the normalized AMV. Besides, comparison of the normalizedAMV and the other correlation-function-based damage detection method shows that thenormalized AMV has a better detectability. Furthermore, an auto-correlation-functionbasedsystem identification method is also presented in this dissertation.

OpenAccess:
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Dokumenttyp
Report/Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT019198183

Interne Identnummern
RWTH-2016-11870
Datensatz-ID: 680614

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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Document types > Theses > Ph.D. Theses
Document types > Reports > Reports
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
411110

 Record created 2016-12-20, last modified 2023-04-08