Damage detection and parameter identification by finite element model updating

ABSTRACT

The FE model updating method can be used to identify unknown structural parameters and determine structural damage. The method consists in minimizing the discrepancies between numerical and experimental modal data by adjusting the FE unknowns. The discrepancies in eigenmodes are usually minimized. Damage functions are used to approximate the stiffness distribution, as an efficient approach to reduce the number of unknowns. First, the Gauss-Newton method is used as a standard sensitivity-based method for local optimization of least squares problems and is ameliorated here by implementing it with the trust region strategy. Secondly, the method of Coupled Local Minimizers (CLM) is a new method applicable to global optimization of functions with multiple local minima. The updating method is applied to two concrete beams tested in laboratory and to a highway bridge, artificially damaged.

RÉSUMÉ

La méthode de recalage de modèles EF peut être employée pour identifier des pa-ramètres structuraux inconnus et pour déterminer des dommages structuraux. La méthode consiste à réduire au minimum les écarts entre les données modales expérimentales et numé-riques en ajustant les inconnus du modèle EF. Les écarts dans les modes propres sont généralement minimisés. Des fonctions d'endommagement sont employées pour approcher la distribution de rigidité, réduisant efficacement le nombre d'inconnus. La méthode de Gauss-Newton est une méthode de sensibilité standard pour l'optimisation locale des problèmes de moindres carrés et est améliorée ici en la mettant en œuvre avec la stratégie de région de confiance. La méthode de minimisation locale couplée (MLC) est une nouvelle méthode applicable à l'optimisation globale des fonctions avec des minima locaux multiples. La méthode de recalage est appliquée à deux poutres en béton et à un pont routier endommagé artificiellement

KEYWORDS:

• Damage identification
• Civil structures
• Finite element model updating
• Modal data
• Damage functions
• Global optimization technique

MOTS-CLÉS:

• identification d'endommagement
• recalage de modèles aux éléments finis
• analyse modale
• technique d'optimisation globale