Augmented Kalman filter (AKF) combined with a substructuring approach for estimating the displacement of unmeasured locations

Structural Health Monitoring has dramatically advanced during the last decades. It is a technique that makes it possible to monitor and evaluate structures by using low cost and easy to deploy sensors, which can indicate damage at an early stage. Drawing from this input maintenance procedures can be taken place in proper time, and this makes it possible to optimize the costs and ensure public safety. Important research has been carried out to estimate the state of a structure through the limited measurement that are available deployed sensing configurations. One approach to better framing the structural identification problem lies in examining components of the system individually, through substructuring. This forms an emphasis of this thesis, which focuses on dynamic substructuring with the additional assumption of unmeasured inputs (loads). In this thesis, the problem of output-only response outlined in the substructure level in the context of Bayesian input-state estimation. In the process, the solution is recursively obtained using the structural sub-domain of interest with the available response measurements via a Bayesian filter, and the interface forces between two neighboring substructure will be used as an output for the neighboring substructures. The formulation established based on both fixed- and free-interface domain decomposition methods. In this framework, the Augmented Kalman Filter (AKF), which is a joint input-state estimation method relying on Bayesian recursion is used to estimate the state of the system (which is displacement in this study)in the absence of known forces; and using measurements. The state at the level of subsystem using two dynamic substructuring methods, namely the Craig-Bampton (a type of fixed-interface method) and the Rubin method (a type of free-interface method). The applicability of this framework will be verified by means of a simple case of study of a mass-spring system, and a subsequent study of a real-world system, Chilion Viaduct. The performance is assessed in terms of the achieved accuracy of the estimated quantities.

Il monitoraggio della salute strutturale è notevolmente aumentato negli ultimi decenni. È una tecnica che consente di monitorare e valutare le strutture utilizzando sensori a basso costo e facili da distribuire, che possono indicare danni in una fase iniziale. Attingendo a questo input, le procedure di manutenzione possono essere eseguite in tempo utile e ciò consente di ottimizzare i costi e garantire la sicurezza pubblica. Sono state condotte importanti ricerche per stimare lo stato di una struttura attraverso la misurazione limitata disponibile per le configurazioni di rilevamento distribuite. Un approccio per inquadrare meglio il problema di identificazione strutturale consiste nell'esaminare singolarmente i componenti del sistema, attraverso la sottostrutturazione. Ciò costituisce un'enfasi di questa tesi, che si concentra sulla sottostruttura dinamica con l'ipotesi aggiuntiva di input (carichi) non misurati. In questa tesi, il problema della risposta del solo output è stato delineato a livello di sottostruttura nel contesto della stima dello stato di input bayesiano. Nel processo, la soluzione viene ottenuta in modo ricorsivo usando il sottodominio strutturale di interesse con le misure di risposta disponibili tramite un filtro bayesiano e le forze di interfaccia tra due sottostrutture vicine verranno utilizzate come output per le sottostrutture vicine. La formulazione stabilita sulla base di metodi di decomposizione del dominio sia a interfaccia fissa che libera. In questo quadro, l'Augmented Kalman Filter (AKF), che è un metodo di stima congiunta input-state basato sulla ricorsione bayesiana, viene utilizzato per stimare lo stato del sistema (che è lo spostamento in questo studio) in assenza di forze note; e usando le misure. Lo stato a livello di sottosistema che utilizza due metodi di sottostruttura dinamica, vale a dire Craig-Bampton (un tipo di metodo a interfaccia fissa) e il metodo Rubin (un tipo di metodo a interfaccia libera). L'applicabilità di questo quadro verrà verificata mediante un semplice caso di studio di un sistema di molle di massa e un successivo studio di un sistema del mondo reale, il viadotto di Chilion. Le prestazioni sono valutate in termini di accuratezza raggiunta delle quantità stimate.