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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37634| Título: | Application of the mode shape area difference method for damage detection in steel frame structures |
| Título(s) alternativo(s): | Aplicação do método da diferença de áreas modais para detecção de danos em pórticos metálicos |
| Autor(es): | Silva, Arthur Araujo Souza, Edson Florentino de Souza, Carlos Francisco Pecapedra |
| Palavras-chave: | Engenharia de estruturas Vibração Construção metálica Structural engineering Vibration Building, Iron and steel |
| Data do documento: | 20-Jun-2025 |
| Câmpus: | Guarapuava |
| Citação: | SILVA, Arthur Araujo; SOUZA, Edson Florentino de; SOUZA, Carlos Francisco Pecapedra. Application of the mode shape area difference method for damage detection in steel frame structures. Contribuciones a Las Ciencias Sociales, v.18, n.6, 2025, p. 01-26. |
| Resumo: | This paper presents a numerical investigation of the Mode Shape Area Difference (MSAD) methodology for structural damage detection in steel frame systems. The MSAD approach quantifies the variation between undamaged and damaged mode shapes by computing the area difference of their displacement curves and spatial derivatives. Three damage indexes – 𝑀𝐷𝐴𝐷, 𝑀𝑅𝐴𝐷, and 𝑀𝐶𝐴𝐷 – are formulated based on modal displacement, rotation, and curvature, respectively. The methodology is applied to an industrial steel portal frame modeled using Bernoulli beam elements, with damage simulated as localized reductions in flexural stiffness. A total of 154 damage scenarios are evaluated, encompassing various locations and severity levels. The results show that the 𝑀𝐶𝐴𝐷 index is the most effective in detecting and localizing damage, demonstrating robustness even for low stiffness reductions (𝑠𝑟 = 1%). However, a loss of sensitivity with respect to damage severity is observed in some scenarios near modal nodes or structural supports. These findings suggest that 𝑀𝑆𝐴𝐷, especially in its curvature-based form, is a promising non-model-dependent strategy for condition assessment in frame structures. Future developments are discussed. |
| Abstract: | Este artigo apresenta uma investigação numérica da Metodologia de Diferença de Áreas Modais (MSAD) para detecção de danos em pórticos metálicos. A abordagem MSAD quantifica a variação entre os modos de vibração da estrutura íntegra e com danos por meio da diferença de área entre suas curvas de deslocamento e derivadas espaciais. Três índices de dano - MDAD, MRAD e MCAD – são definidos com base no deslocamento modal, rotação e curvatura, respectivamente. A metodologia é aplicada a um pórtico metálico industrial modelado com elementos de viga de Bernoulli, com danos simulados por reduções localizadas na rigidez à flexão. Ao todo, 154 cenários de dano são avaliados, abrangendo diferentes localizações e níveis de severidade. Os resultados indicam que o índice 𝑀𝐶𝐴𝐷 é o mais eficaz na detecção e localização dos danos, apresentando robustez mesmo para reduções de rigidez baixas (𝑠𝑟 = 1%). Contudo, em alguns casos próximos a nós modais ou apoios estruturais, observa-se perda de sensibilidade quanto à severidade. Conclui-se que a metodologia MSAD, especialmente em sua forma baseada na curvatura, é uma estratégia promissora e independente de modelo para avaliação da integridade de estruturas do tipo pórtico. Desenvolvimentos futuros são discutidos. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37634 |
| ISSN: | 1988-7833 |
| Aparece nas coleções: | GP - Engenharia Civil |
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