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Seismic-induced damage detection through parallel force and parameter estimation using an improved interacting Particle-Kalman filter

Authors :
Frédéric Cérou
Antoine Crinière
Laurent Mevel
Jean Dumoulin
Subhamoy Sen
Indian Institute of Technology Mandi ( IIT Mandi )
Statistical Inference for Structural Health Monitoring ( I4S )
Département Composants et Systèmes ( IFSTTAR/COSYS )
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux ( IFSTTAR ) -Université de Lyon-PRES Université Nantes Angers Le Mans ( UNAM ) -PRES Université Lille Nord de France-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux ( IFSTTAR ) -Université de Lyon-PRES Université Nantes Angers Le Mans ( UNAM ) -PRES Université Lille Nord de France-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria )
SIMulation pARTiculaire de Modèles Stochastiques ( SIMSMART )
Institut de Recherche Mathématique de Rennes ( IRMAR )
Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -AGROCAMPUS OUEST-École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Rennes 2 ( UR2 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria )
Indian Institute of Technology Mandi (IIT Mandi)
Statistical Inference for Structural Health Monitoring (I4S)
Département Composants et Systèmes (IFSTTAR/COSYS)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Lyon-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-PRES Université Lille Nord de France-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Lyon-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-PRES Université Lille Nord de France-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
SIMulation pARTiculaire de Modèles Stochastiques (SIMSMART)
Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
ANR-11-LABX-0020,LEBESGUE,Centre de Mathématiques Henri Lebesgue : fondements, interactions, applications et Formation(2011)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Département Composants et Systèmes (IFSTTAR/COSYS)
PRES Université Lille Nord de France-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-Université de Lyon-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-PRES Université Lille Nord de France-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-Université de Lyon-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)
AGROCAMPUS OUEST
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-AGROCAMPUS OUEST
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Source :
Mechanical Systems and Signal Processing, Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, 2018, 110, pp.231-247. 〈10.1016/j.ymssp.2018.03.016〉, Mechanical Systems and Signal Processing, 2018, 110, pp.231-247. ⟨10.1016/j.ymssp.2018.03.016⟩, Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, 2018, 110, pp.231-247. ⟨10.1016/j.ymssp.2018.03.016⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; Standard filtering techniques for structural parameter estimation assume that the input force is either known or can be replicated using a known white Gaussian model. Unfortunately for structures subjected to seismic excitation, the input time history is unknown and also no previously known representative model is available. This invalidates the aforementioned idealization. To identify seismic induced damage in such structures using filtering techniques, force must therefore also be estimated. In this paper, the input force is considered to be an additional state that is estimated in parallel to the structural parameters. Two concurrent filters are employed for parameters and force respectively. For the parameters, an interacting Particle-Kalman filter is used to target systems with correlated noise. Alongside this, a second filter is used to estimate the seismic force acting on the structure. In the proposed algorithm, the parameters and the inputs are estimated as being conditional on each other, thus ensuring stability in the estimation. The proposed algorithm is numerically validated on a sixteen degrees-of-freedom mass-spring-damper system and a five-story building structure. The stability of the proposed filter is also tested by subjecting it to a sufficiently long measurement time history. The estimation results confirm the applicability of the proposed algorithm.

Details

Language :
English
ISSN :
08883270 and 10961216
Database :
OpenAIRE
Journal :
Mechanical Systems and Signal Processing, Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, 2018, 110, pp.231-247. 〈10.1016/j.ymssp.2018.03.016〉, Mechanical Systems and Signal Processing, 2018, 110, pp.231-247. ⟨10.1016/j.ymssp.2018.03.016⟩, Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, 2018, 110, pp.231-247. ⟨10.1016/j.ymssp.2018.03.016⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2187cef37686f6f114a42e9a2058e07b