This paper proposes a novel approach for improving the identifiability of structural damage by using higher order responses and singular spectrum analysis (SSA)-based phase space topology (PST) technique. SSA is employed to decompose the structural dynamic acceleration response into several low-dimensional components. Then, the change of PST (CPST) reconstructed from the decomposed component with higher order responses of structures under intact and damaged states is utilized to identify the structural condition changes. Numerical studies on a planar truss structure are conducted to investigate the accuracy and reliability of the proposed approach. The dynamic acceleration responses of the truss structure corresponding to intact and several damage scenarios are utilized for signal decomposition by using SSA and damage detection with CPST. The effects of white noise, pink noise, and modeling uncertainties on the accuracy of damage detection are investigated. The proposed method is also validated through experimental studies on a Tee-section prestressed concrete beam model. Vibration acceleration responses under hammer impact loads are measured under intact and damaged states, which are used for the damage detection with the proposed approach. Damage patterns identified by using the proposed approach under different loading levels agree well with the observed crack distributions. Both numerical and experimental results demonstrate that using the higher order response components decomposed by SSA and the proposed method is sensitive to damage and reliable for structural damage detection.

中文翻译：

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使用高阶响应和相空间技术提高结构损伤的可识别性

本文提出了一种通过使用高阶响应和基于奇异谱分析 (SSA) 的相空间拓扑 (PST) 技术来提高结构损伤可识别性的新方法。SSA 用于将结构动态加速度响应分解为几个低维分量。然后，利用结构在完整和损坏状态下具有更高阶响应的分解组件重建的PST（CPST）变化来识别结构条件变化。对平面桁架结构进行了数值研究，以研究所提出方法的准确性和可靠性。通过使用 SSA 和使用 CPST 进行损坏检测，将对应于完整和几种损坏情况的桁架结构的动态加速度响应用于信号分解。研究了白噪声、粉红噪声和建模不确定性对损伤检测精度的影响。所提出的方法还通过对 T 形截面预应力混凝土梁模型的实验研究得到验证。在完整和损坏状态下测量锤冲击载荷下的振动加速度响应，用于使用所提出的方法进行损坏检测。在不同载荷水平下使用所提出的方法识别的损伤模式与观察到的裂纹分布非常吻合。数值和实验结果都表明，使用由 SSA 分解的高阶响应分量，所提出的方法对损伤敏感且结构损伤检测可靠。并对损伤检测精度的建模不确定性进行了研究。所提出的方法还通过对 T 形截面预应力混凝土梁模型的实验研究得到验证。在完整和损坏状态下测量锤冲击载荷下的振动加速度响应，用于使用所提出的方法进行损坏检测。在不同载荷水平下使用所提出的方法识别的损伤模式与观察到的裂纹分布非常吻合。数值和实验结果都表明，使用由 SSA 分解的高阶响应分量，所提出的方法对损伤敏感且结构损伤检测可靠。并对损伤检测精度的建模不确定性进行了研究。所提出的方法还通过对 T 形截面预应力混凝土梁模型的实验研究得到验证。在完整和损坏状态下测量锤冲击载荷下的振动加速度响应，用于使用所提出的方法进行损坏检测。在不同载荷水平下使用所提出的方法识别的损伤模式与观察到的裂纹分布非常吻合。数值和实验结果都表明，使用由 SSA 分解的高阶响应分量，所提出的方法对损伤敏感且结构损伤检测可靠。在完整和损坏状态下测量锤冲击载荷下的振动加速度响应，用于使用所提出的方法进行损坏检测。在不同载荷水平下使用所提出的方法识别的损伤模式与观察到的裂纹分布非常吻合。数值和实验结果都表明，使用由 SSA 分解的高阶响应分量，所提出的方法对损伤敏感且结构损伤检测可靠。在完整和损坏状态下测量锤冲击载荷下的振动加速度响应，用于使用所提出的方法进行损坏检测。在不同载荷水平下使用所提出的方法识别的损伤模式与观察到的裂纹分布非常吻合。数值和实验结果都表明，使用由 SSA 分解的高阶响应分量，所提出的方法对损伤敏感且结构损伤检测可靠。