Extrapolation of autoregressive model for damage progression analysis
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Data
2019-04-16
Autores
Yano, Marcus Omori
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O principal objetivo deste trabalho é usar métodos de extrapolação em coeficientes de modelos autorregressivos (AR), para fornecer informações futuras de condições de estruturas na existência de mecanismo de danos pré-definidos. Os modelos AR são estimados considerando a predição de um passo à frente, verificados e validados a partir de dados de vibração de uma estrutura na condição não danificada. Os erros de predição são usados para extrair um indicador para classificar a condição do sistema. Então, um novo modelo é identificado se qualquer variação de índices de dano ocorrer, e seus coeficientes são comparados com os do modelo de referência. A extrapolação dos coeficientes de AR é realizada através das splines cúbicas por partes que evitam possíveis instabilidades e alterações indesejáveis dos polinômios, obtendo aproximações adequadas através de polinômios de baixa ordem. Uma curva de tendência para o indicador capaz de predizer o comportamento futuro pode ser obtida a partir da extrapolação direta dos coeficientes. Uma estrutura de três andares com um para-choque e uma coluna de alumínio colocada no centro do último andar são analisados com diferentes cenários de dano para ilustrar a abordagem. Os resultados indicam a possibilidade de estimar a condição futura do sistema a partir dos dados de vibração nas condições de danos iniciais.
The main purpose of this work is to apply extrapolation methods upon coefficients of autoregressive models (AR), to provide future condition information of structures in the existence of predefined damage mechanism. The AR models are estimated considering one-step-ahead prediction, verified and validated from vibration data of a structure in the undamaged condition. The prediction errors are used to extract an indicator to classify the system state condition. Then, a new model is identified if any variation of damage indices occurs, and its coefficients are compared to the ones from the reference model. The extrapolation of the AR coefficients is performed through the piecewise cubic splines that avoid possible instabilities and undesirable changes of the polynomials, obtaining suitable approximations through low-order polynomials. A trending curve for the indicator capable of predicting future behavior can be obtained from direct coefficient extrapolation. A benchmark of a three-story building structure with a bumper and an aluminum column placed on the center of the top floor is analyzed with different damage scenarios to illustrate the approach. The results indicate the feasibility of estimating the future system state from the vibration data in the initial damage conditions.
The main purpose of this work is to apply extrapolation methods upon coefficients of autoregressive models (AR), to provide future condition information of structures in the existence of predefined damage mechanism. The AR models are estimated considering one-step-ahead prediction, verified and validated from vibration data of a structure in the undamaged condition. The prediction errors are used to extract an indicator to classify the system state condition. Then, a new model is identified if any variation of damage indices occurs, and its coefficients are compared to the ones from the reference model. The extrapolation of the AR coefficients is performed through the piecewise cubic splines that avoid possible instabilities and undesirable changes of the polynomials, obtaining suitable approximations through low-order polynomials. A trending curve for the indicator capable of predicting future behavior can be obtained from direct coefficient extrapolation. A benchmark of a three-story building structure with a bumper and an aluminum column placed on the center of the top floor is analyzed with different damage scenarios to illustrate the approach. The results indicate the feasibility of estimating the future system state from the vibration data in the initial damage conditions.
Descrição
Palavras-chave
Structural health monitoring, Damage progression analysis, Autoregressive models, Extrapolation of AR models coefficients, Monitoramento de integridade estrutural, Análise da progressão de dano, Modelos autorregressivos, Extrapolação dos coeficientes de modelos AR