Abstract

If structural damage remains undetected and is allowed to grow, structure's load-bearing capacity deteriorates, which can lead to costly repairs or in extreme cases its collapse. Modal analysis is widely used to detect structural damage because, when damage, such as cracks, is introduced, structure's geometrical and/or mechanical properties change, and these changes can be used for damage detection. Peridynamics is a non-local alternative to the continuum mechanics theory that represents forces and displacements using integral equations, which are defined even with discontinuous displacement fields, thus making this theory an attractive option for damage modeling. In this paper, authors verify peridynamic (PD) modal analysis against finite-element (FE) results, and validate it against experimental modal analysis results. The modal solver was implemented in the open-source program Peridigm and four different damage configurations were considered for verification and validation. The results show close agreement between the PD and the FE results, and the PD and the experimental results. Moreover, PD modal frequencies are shown to have similar accuracy to experimental data as the FE results. It is also shown that the frequency shifts are comparable between all three types of modal analysis. The PD mode shapes agreed well with both the FE and the experimental mode shapes at all considered damage configurations. Furthermore, the change in mode shapes from the introduced damage is similar in all three analyses.

中文翻译：

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沿动力学理论中模态分析的裂纹发展评估

摘要

如果仍然无法发现结构损坏并允许其增长，则结构的承重能力会下降，这可能导致维修费用高昂，甚至在极端情况下会导致倒塌。模态分析被广泛用于检测结构损伤，因为当引入诸如裂缝的损伤时，结构的几何和/或机械性能会发生变化，这些变化可用于损伤检测。绕动力学是连续力学理论的一种非局部替代方法，该理论使用积分方程表示力和位移，即使在不连续位移场的情况下也可以定义积分方程，因此使该理论成为损伤建模的有吸引力的选择。在本文中，作者验证了针对有限元（FE）结果的动力学（PD）模态分析，并针对实验模态分析结果进行了验证。模态求解器在开源程序Peridigm中实现，并考虑了四种不同的损伤配置进行验证。结果表明，PD和FE结果以及PD和实验结果之间具有密切的一致性。此外，PD模态频率显示出与实验数据相似的精度，与FE结果相似。还表明，频率偏移在所有三种类型的模态分析之间是可比较的。在所有考虑的损伤配置下，PD模式形状与FE模式和实验模式形状都非常吻合。此外，在所有三个分析中，由引入的损伤引起的模态形状变化都是相似的。结果表明，PD和FE结果以及PD和实验结果之间具有密切的一致性。此外，PD模态频率显示出与实验数据相似的精度，与FE结果相似。还表明，频率偏移在所有三种类型的模态分析之间是可比较的。在所有考虑的损伤配置下，PD模式形状与FE模式和实验模式形状都非常吻合。此外，在所有三个分析中，由引入的损伤引起的模态形状变化都是相似的。结果表明，PD和FE结果以及PD和实验结果之间具有密切的一致性。此外，PD模态频率显示出与实验数据相似的精度，与FE结果相似。还表明，频率偏移在所有三种类型的模态分析之间是可比较的。在所有考虑的损伤配置下，PD模式形状与FE模式和实验模式形状都非常吻合。此外，在所有三个分析中，由引入的损伤引起的模态形状变化都是相似的。在所有考虑的损伤配置下，PD模式形状与FE模式和实验模式形状都非常吻合。此外，在所有三个分析中，由引入的损伤引起的模态形状变化都是相似的。在所有考虑的损伤配置下，PD模式形状与FE模式和实验模式形状都非常吻合。此外，在所有三个分析中，由引入的损伤引起的模态形状变化都是相似的。