CAREER: Development of Nonlinear Modeling Tools for Analysis, Simulation, and Structural Health Monitoring

职业:开发用于分析、模拟和结构健康监测的非线性建模工具

基本信息

  • 批准号:
    0134333
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-06-01 至 2009-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Much of our civil infrastructure is in a severe state of degradation. This project will develop methods to assess the health of critical structural systems based on limited information about their vibration response signature, providing engineers with a set of reliable tools to evaluate their continued viability and prioritize repair and maintenance within limited budgets. Unlike conventional structural health monitoring methods (where data is analyzed in an off-line/batch mode) the project, through an emphasis on algorithm efficiency criteria, will develop new approaches in adaptive system identification involving real-time damage detection into a set of application-oriented tools. These tools will be evaluated through a phased experimental program, involving numerical simulation, laboratory experimentation, and full-scale evaluation.Building on the PI's prior work, the research will show the potential of nonlinear identification techniques for application in the structural health monitoring context, and in broader fields of structural engineering/engineering mechanics. The research objectives are: 1) to develop hybrid methodologies, circumventing difficulties associated with nonparametric vs. parametric modeling of nonlinear structural systems for damage detection purposes; 2) to develop nonlinear real-time identification techniques for structural health monitoring and active control, and seek to benefit from alternative sensor technologies; 3) to evaluate limitations in identification of structural dynamics from low-level excitation or from response measurements only (i.e., unknown excitation); 4) to evaluate limitations of inferring damage from vibration sensor arrays that are sparse, and develop cost-effective methodologies that enable engineers to readily detect structural damage; and 5) to apply these tools to other engineering challenges, e.g., MEMS, soil-dynamics and aerospace.Complementing the research project, an integrated educational project is undertaken. This educational project has three main aspects: 1) the development of a lab facility for repeatable nonlinear dynamic testing for research and student participation - repeatability achieved through use of active control to synthesize nonlinear behavior; 2) the development of a graduate-level course on health monitoring; and 3) a summer outreach program to engage underprivileged, inner-city, New York high-school students in the engineering research environment through teaching, field-trips, laboratory demonstration, and hands-on testing - all in collaboration with Columbia University's Double Discovery Center.
我们的许多民用基础设施处于严重的退化状态。该项目将基于有关其振动响应签名的有限信息来评估关键结构系统健康的方法,从而为工程师提供一组可靠的工具,以评估其持续的生存能力,并在预算有限的预算内确定维修和维护优先级。与传统的结构健康监测方法(在离线/批处理模式下分析数据)不同,该项目通过强调算法效率标准,将在适应性系统识别中开发新方法,涉及实时损害检测到一组面向应用的工具。这些工具将通过分阶段的实验程序进行评估,涉及数值模拟,实验室实验和全尺度评估。在PI先前的工作中建立,该研究将显示非线性识别技术用于在结构健康监测环境中以及在结构工程/工程机制的广泛领域中应用的潜力。研究目标是:1)开发混合方法,规避与非参数与参数建模相关的非线性结构系统的困难,以实现损伤检测目的; 2)开发非线性实时识别技术,以进行结构健康监测和主动控制,并寻求从替代传感器技术中受益; 3)评估从低水平激发或仅从响应测量值(即未知激发)识别结构动力学方面的局限性; 4)评估从稀疏的振动传感器阵列中推断损害的局限性,并开发出具有成本效益的方法,使工程师能够轻松检测结构性损害; 5)为了将这些工具应用于其他工程挑战,例如MEMS,土壤动力学和Aerospace。该教育项目具有三个主要方面:1)开发用于研究和学生参与的可重复非线性动态测试的实验室设施 - 通过使用主动控制来综合非线性行为而实现的可重复性; 2)开发健康监测研究生级课程; 3)通过教学,实地考察,实验室演示和动手测试,与贫困,市中心,纽约高中生一起参与工程研究环境的夏季外展计划 - 都与哥伦比亚大学的双重发现中心合作。

项目成果

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