Damage identification of column under the axial load based on wavelet transform and modal data

Document Type : Civil Article

Authors

Department of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

Abstract

As time passes, some elements of the structures are affected by local damage, though insignificantly. With the development and expansion of the damage , these structures may be completely destroyed and impose high socioeconomic costs. This study investigated the damage identification problem in the column under the axial load using modal data (frequencies and mode shapes) and wavelet transform analysis. The obtained results showed that by increasing the axial load proportional to the critical buckling load, the frequency value decreases in all modes in healthy and faulty modes. Additionally, under the effect of the same axial load, the frequency of the faulty sample is less than that of the healthy one, and as the damage severity increases, the rate of frequency reduction increases. The wavelet transform input signal was defined on the basis of the angle between the healthy and faulty mode shapes. The output signal details in the damage locations indicated perturbation so that in all the studied modes in different ratios of critical load, the damage locations were identified with high accuracy. Moreover, the results from the research showed that the perturbations in different damage locations are independent of each other and are only affected by the severity of the location damage and the axial load has no effect on the damage detection sensitivity of the wavelet transform algorithm. Furthermore, the sum of the wavelet coefficients of damaged locations in several damage modes is equal to the wavelet coefficients of damaged locations of the sum of damage modes.

Keywords

References

 
[1] A. Rytter, “Vibration based inspection of civil engineering structures”, Ph.D. Thesis, Department of Building Technology and Structural Engineering, Aalborg University, Denmark, 1993.
[2] D. Newland, “Wavelet analysis of vibration. Part 1: Theory”, Journal of Vibration and Acoustic, Vol. 116, pp. 409-416, 1994.
[3] D. Newland, “Wavelet analysis of vibration. Part 2: Wavelet Maps”, Journal of Vibration and Acoustic, Vol. 116, pp. 417-424, 1994.
[4] A. Sone, S. Yamamoto, A. Nakaoka, and A. Masuda, “Health monitoring system of structures based on orthonormal wavelet transform”, Seismic Engineering, ASME, Vol. 312, pp.161-167, 1995.
[5] Z. Hou, M. Noori, and R. Amand, “Wavelet-based approach for structural damage detection”, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 126. pp. 677-683, 2000.
[6] A. V. Ovanesova, and L. E. Suarez, “Applications of wavelet transforms to damage detection in frame structures”, Engineering Structures, Vol. 26, pp. 39-49, 2004.
[7] N.S. Bajaba, and K.A. Alnefaie, “Multiple damage detection structures using wavelet transforms”, Emirates Journal for Engineering Research, Vol. 10, No.1, pp. 35-40, 2005.
[8] A. Katunin, “Identification of multiple cracks in composite beams using discrete wavelet transform”, Scientific Problem of Machines Operation and Maintenance, Vol. 2, No. 162, 2010.
[9] G. R. Ghodrati-Amiri, A. Bagheri, S. A. Seyed Razzaghi, and A. Asadi, “Structural damage detection in plate using wavelet transform”, Challeges, Opportunities and Solution in Structural Engineering and Construction-Ghafoori (Ed), 2010.
[10] A. Bagheri, S. Kourehli, “Damage detection of structures under earthquake excitation using discrete wavelet analysis”, Asian Journal of Civil Engineering (BHRC), Vol. 14, pp. 289-304, 2013.
[11] امیر عزالدین، حسین نادرپور، علی خیرالدین و غلامرضا قدرتی امیری، "تشخیص محل و میزان ترک در تیرها با استفاده از تبدیل موجک"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 12، شماره 39، زمستان 1393، صفحه 1-11.
[12] زهرا تبریزیان، مرتضی حسینعلی بیگی و غلامرضا قدرتی امیری، "تشخیص آسیب در سازه‌های فلزی با استفاده از اطلاعات خیز استاتیکی و الگوریتم ژنتیک"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 13، شماره 41، تابستان 1394، صفحه 147-158.
[13] حسین رحامی، حامد امینی تهرانی، مصطفی اخوات و غلامرضا قدرتی امیری، "شناسایی خسارت در سکوهای ثابت دریایی با استفاده از مفاهیم آنتروپی انرژی در تبدیل بسته موجک"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست امیرکبیر، دوره 48، شماره 3، پاییز 1395، صفحه 241-248.
[14] A. Katunin, “Stone impact damage identification in composite plates using modal data and quincunx wavelet analysis”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 15, pp. 251-261, 2015.
[15] H. Naderpour, P. Fakharian, “A synthesis of peak picking method and wavelet packet transform for structural modal identification”, KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 20, No. 7, pp. 2859-2867, 2016.
[16] S. Patel, A. Chourasia, S. Panigrahi, J. Parashar, N. Parvez, and M. Kumar, “Damage identification of RC structures using wavelet transformation”, Procedia Engineering, Vol. 144, pp. 336-342, 2016.
[17] محمدرضا گله‌بان، شاپور مرادی، "تشخیص ترک در تیرها به کمک تبدیل هیلبرت- هوانگ"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 52، بهار 1397، صفحه 27-40.
[18] امیر احمد نژاد زرنقی و امیر طریقت، "آشکارسازی خرابی در سازه‌های صفحه‌ای با استفاده از تحلیل انرژی موجک"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 53، تابستان 1397، صفحه 299-313.
[19] امید رضایی فر، عادل یونسی، مجید قلهکی و اکبر اسفندیاری، "شناسایی آسیب جداشدگی در ستون‌های فولادی پر شده با بتن بر اساس داده‌های مودال آزمایشگاهی"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1397، doi:10.22065/JSCE.2018.117020.1444.
[20] A. Younesi, O. Rezaifar, M. Gholhaki, and A. Esfandiari, “Structural health monitoring of a concrete-filled tube column”, Magazine of Civil Engineering, Vol. 85, pp. 136-145, 2019.
[21] میلاد پایسته، مرتضی آقاجان نشتایی، محمد طاهری نسب و سید بهرام بهشتی اول، "کشف آسیب‌های صفحات با استفاده از تبدیل موجک گسسته داده‌های مودال بازسازی شده"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست امیرکبیر، دوره 51، شماره 3، سال 1398، صفحه 503-522.
[22] سید روح ‌الله حسینی واعظ و طاهره عارف زاده، "مقایسه‌ی تحلیل استاتیکی و مودال در شناسایی آسیب سد وزنی با استفاده از تبدیل موجک"، نشریه مهندسی عمران شریف، دوره 2، شماره 1، بهار 1398، صفحه 33-41.  
[23] S. Wang, J. Li, H. Luo, and H. Zhu, “Damage identification in underground tunnel structures with wavelet based residual force vector”, Journal of Engineering Structures, Vol. 178, pp. 506-520, 2019.
[24] محتشم خان احمدی، امید رضایی فر و مجید قلهکی، "عیب‌یابی صفحات فولادی مبتنی بر مقایسه نتایج تحلیلی تبدیل موجک گسسته دو بعدی شکل مودهای اولیه و ثانویه"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1398، doi:10.22065/JSCE.2019.174347.1799.
[25] محتشم خان احمدی، امید رضایی فر و مجید قلهکی، "عیب‌یابی دیوارهای پیش‌ساخته (صفحات 3D پانل) مبتنی بر الگوریتم شناسایی تبدیل موجک"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1398، doi:10.22065/JSCE.2019.197470.1923.
[26] محتشم خان احمدی، امید رضایی فر و مجید قلهکی، "مطالعه مقایسه‌ای آشکارسازی خرابی تیرهای فولادی مبتنی بر تبدیلات موجک پیوسته و گسسته پاسخ‌های استاتیکی و دینامیکی"، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 1399، doi:10.22065/JSCE.2020.216647.2058.
[27] هاله عزیزی، بهزاد تخم چی، حسین احمدی نوبری، پرویز جبه دار مارالانی و حسین معماریان، "اهمیت گزینش موجک مادر بهینه در تحلیل داده‌ها در حوزه علوم زمین"، فصلنامه زمین شناسی ایران، 1390، دوره 5، شماره 18، صفحه 63- 76.
[28] A. Mertins, “Signal Analysis: Wavelets, Filter Banks, Time-Frequency Transforms and Applications”, Wiley, 1992.
[29] S. Zhongm, and S. O. Oyadiji, “Detection of cracks in simply-supported beams by continuous wavelet transform of reconstructed modal data”, Computers and Structures, Vol. 89, No.1-2, pp. 127-148, 2011.
[30] K. Hansang, and M. Hani, “Damage detection of structures by wavelet analysis”, Engineering Structures, Vol. 26, No. 3, pp. 347-362, 2004.
[31] D. Hester, and A. Gonzalez, “A wavelet- based damage detection algorithm based on bridge acceleration response to a vehicle”, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 28, pp. 145-166, 2012.
 
Journal of Modeling in Engineering
Volume 18, Issue 63
December 2020
Pages 51-64

Files

History

  • Receive Date: 23 July 2020
  • Revise Date: 19 September 2020
  • Accept Date: 28 September 2020

Share

How to cite

Statistics