Auto-correlation-function-based damage index for damage detection and system identification

• Autokorrelationsfunktions-basierter Schadensindex zur Schadenserkennung und Systemindifikation

Zhang, Muyu; Markert, Bernd (Thesis advisor); Schmidt, Rüdiger (Thesis advisor)

Aachen (2016, 2017)
Doktorarbeit, Bericht

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

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.