１次振動モードを観測量とした射影フィルタによるフレームモデルの逆解析
建築構造物の耐震性能を評価するための構造ヘルスモニタリングは重要である. 筆者らは, フィルタを逆解析アルゴリズムに援用した手法を提案しており, フレームモデルを対象に各層の剛性を状態量, 固有振動数を観測量とした逆解析結果を報告してきた. このときの観測量は, 状態量の数と同一の次数に対応する高次の振動モードまでを用いてきた. 例えば, 実験モデルとして作製したフレームモデルでは, ３層フレーモデルなら３次モードまで, ５層フレームモデルなら５次モードまでの固有振動数を励起させることで, 観測量として採用してきたものの, 現実の構造物を対象とした場合には, 高次モードまでの固有振動数を観測で...
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| Published in | Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science Vol. 2018; p. 20180003 |
|---|---|
| Main Authors | , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
一般社団法人 日本計算工学会
2018
JAPAN SOCIETY FOR COMPUTATIONAL ENGINEERING AND SCIENCE |
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1347-8826 |
| DOI | 10.11421/jsces.2018.20180003 |
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| Abstract | 建築構造物の耐震性能を評価するための構造ヘルスモニタリングは重要である. 筆者らは, フィルタを逆解析アルゴリズムに援用した手法を提案しており, フレームモデルを対象に各層の剛性を状態量, 固有振動数を観測量とした逆解析結果を報告してきた. このときの観測量は, 状態量の数と同一の次数に対応する高次の振動モードまでを用いてきた. 例えば, 実験モデルとして作製したフレームモデルでは, ３層フレーモデルなら３次モードまで, ５層フレームモデルなら５次モードまでの固有振動数を励起させることで, 観測量として採用してきたものの, 現実の構造物を対象とした場合には, 高次モードまでの固有振動数を観測できる可能性は極めて小さい. しかし, 逆解析の精度を保つためには, 未知数である状態量の数と観測量の数が一致することが望ましい. そこで, 本研究では, ３層フレームモデルおよび5層フレームモデルを対象として, １次振動モードから得られるモード形の情報と固有振動数を観測量として, すべての層の水平剛性を同定する手法を提案する. なお, 本逆解析で採用するフィルタは, 状態量と観測量の数が等しいとき, 感度行列のみで表現できる射影フィルタである. これにより, 本逆解析手法の有効性および特性に関して, 感度行列に着目した検証を行うことにする. |
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| AbstractList | The inverse analysis procedure using the modal parameter of 1st vibration mode as observation data was proposed to put the damage detection technique to practical use. Number of components of the state and observation vector must be equal to make up sensitivity matrix as square matrix. Therefore, natural frequency and ratio for displacement of each stories based on 1st vibration mode shape were specifically. The projection filter which was the simplest form was used as inverse analysis method. In this paper, characteristics of the inverse analysis method proposed are made clear through some numerical calculation from viewpoints of change caused by iterative calculations of determinant and singular value for the sensitivity matrix.
建築構造物の耐震性能を評価するための構造ヘルスモニタリングは重要である. 筆者らは, フィルタを逆解析アルゴリズムに援用した手法を提案しており, フレームモデルを対象に各層の剛性を状態量, 固有振動数を観測量とした逆解析結果を報告してきた. このときの観測量は, 状態量の数と同一の次数に対応する高次の振動モードまでを用いてきた. 例えば, 実験モデルとして作製したフレームモデルでは, ３層フレーモデルなら３次モードまで, ５層フレームモデルなら５次モードまでの固有振動数を励起させることで, 観測量として採用してきたものの, 現実の構造物を対象とした場合には, 高次モードまでの固有振動数を観測できる可能性は極めて小さい. しかし, 逆解析の精度を保つためには, 未知数である状態量の数と観測量の数が一致することが望ましい. そこで, 本研究では, ３層フレームモデルおよび5層フレームモデルを対象として, １次振動モードから得られるモード形の情報と固有振動数を観測量として, すべての層の水平剛性を同定する手法を提案する. なお, 本逆解析で採用するフィルタは, 状態量と観測量の数が等しいとき, 感度行列のみで表現できる射影フィルタである. これにより, 本逆解析手法の有効性および特性に関して, 感度行列に着目した検証を行うことにする. 建築構造物の耐震性能を評価するための構造ヘルスモニタリングは重要である. 筆者らは, フィルタを逆解析アルゴリズムに援用した手法を提案しており, フレームモデルを対象に各層の剛性を状態量, 固有振動数を観測量とした逆解析結果を報告してきた. このときの観測量は, 状態量の数と同一の次数に対応する高次の振動モードまでを用いてきた. 例えば, 実験モデルとして作製したフレームモデルでは, ３層フレーモデルなら３次モードまで, ５層フレームモデルなら５次モードまでの固有振動数を励起させることで, 観測量として採用してきたものの, 現実の構造物を対象とした場合には, 高次モードまでの固有振動数を観測できる可能性は極めて小さい. しかし, 逆解析の精度を保つためには, 未知数である状態量の数と観測量の数が一致することが望ましい. そこで, 本研究では, ３層フレームモデルおよび5層フレームモデルを対象として, １次振動モードから得られるモード形の情報と固有振動数を観測量として, すべての層の水平剛性を同定する手法を提案する. なお, 本逆解析で採用するフィルタは, 状態量と観測量の数が等しいとき, 感度行列のみで表現できる射影フィルタである. これにより, 本逆解析手法の有効性および特性に関して, 感度行列に着目した検証を行うことにする. |
| Author | 登坂, 宣好 遠藤, 龍司 池田, 義人 |
| Author_FL | TOSAKA Nobuyoshi ENDO Ryuji IKEDA Yoshihito |
| Author_FL_xml | – sequence: 1 fullname: IKEDA Yoshihito – sequence: 2 fullname: ENDO Ryuji – sequence: 3 fullname: TOSAKA Nobuyoshi |
| Author_xml | – sequence: 1 fullname: 遠藤, 龍司 organization: 職業能力開発総合大学校能力開発院 – sequence: 1 fullname: 登坂, 宣好 organization: Material Speaks iT-Lab – sequence: 1 fullname: 池田, 義人 organization: 職業能力開発総合大学校能力開発院 |
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| ContentType | Journal Article |
| Copyright | 2018 The Japan Society For Computational Engineering and Science |
| Copyright_xml | – notice: 2018 The Japan Society For Computational Engineering and Science |
| DBID | RYH |
| DOI | 10.11421/jsces.2018.20180003 |
| DatabaseName | CiNii Complete |
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| Discipline | Applied Sciences |
| DocumentTitleAlternate | Inverse Analysis Based on Projection Filter of Frame Model Using First Vibration Mode as the Observations |
| DocumentTitle_FL | Inverse Analysis Based on Projection Filter of Frame Model Using First Vibration Mode as the Observations |
| EISSN | 1347-8826 |
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| PublicationTitle | Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science |
| PublicationTitleAlternate | 日本計算工学会論文集 Transactions of JSCES |
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| PublicationYear | 2018 |
| Publisher | 一般社団法人 日本計算工学会 JAPAN SOCIETY FOR COMPUTATIONAL ENGINEERING AND SCIENCE |
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| References | (2) Chenhao Jin, Shinae Jang, Xiaorong Sun, Zhaoshuo Jiang, Richard Christenson, Application of MR Damper in Real-time Structural Damage Detection Using Extended Kalman Filter, 11th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology, 2015 (14) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 感度行列に着目した射影フィルタによる逆問題解析の特性, 計算数理工学論文集, Vol.16, No.14-161202, pp.61-66, 2016 (10) 遠藤龍司, 池田義人, 登坂宣好, フレームモデルのシステム同定に用いる射影フィルタの特性, 構造工学論文集, Vol.61B, pp.519-530, 2015 (4) R.Ghanem, G.Ferro, Health monitoring for strongly non-liner systems using the Ensemble Kalman Filter, Structural Control and Monitoring, Vol.13, pp.245-259, 2006 (5) Akira Murakami, Takayuki Shuku, Shi-ichi Nishimura, Kazunori Fujisawa, Kazuyuki Nakamura, Data assimilation using the particle filter for identifying the elasto-plastic material properties of geomaterials, Int. T. Numer. Anal. Math. Geomech., published online in Wily online Library, DOI. 10, 1002/nag, 2125, 2012 (1) Juliana Almeida, Hugo Alonso, Paula Rocha, Online Damage Detection in Euler-Bernoulli Beams Using the Extended Kalman Filter, 10th Portuguese Conference on Automatic Control, 2012 (6) Chun Zhang, Jie-Zhong Huang, Gu-Quan Song, Lin Dai, Huo-Kun Li, Detection of Structural Damage via Free Vibration Responses by Extended Kalman Filter with Tikhonov regularization Scheme, Structural Monitoring and Maintenance, Vol.3, No.2, pp.115-127, 2016 (12) 遠藤龍司, 登坂宣好, 川上善嗣, 塩田寿美子, パラメトリック射影フィルタに基づくアルゴリズムを用いた大型浮遊式海洋建築物模型の損傷同定解析, 日本建築学会構造系論文集, No.559, pp.237-244, 2002 (11) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 3 層フレームモデルの水平剛性の同定に用いた可変的パラメトリック射影フィルタの特性, Transaction of JSCES, Paper No.20140009, 2014 (3) Chenhao Jin, Shinae Jang, Xiaorong Sun, Structural Damage Detection Using Extended Kalman Filter Combined with Statistical Process Control in Nonlinear Systems, 10th International Workshop on Structural Health Monitoring 2015, Vol.2, 2015 (8) Nobuyoshi Tosaka, Akihide Utani, Hideaki Takahashi, Unknown defect identification in elastic field by boundary element method with filtering procedure, Engineering analysis with boundary elements15, pp.207-215, 1995 (9) 遠藤龍司, 百里富美子, 登坂宣好, 拡張 Kalman フィルタを用いたフレーム構造模型の損傷同定解析, 構造工学論文集, Vol.46B, pp.27-33, 2000 (7) 村上章, 長谷川高士, 構造工学・地盤工学における kalman フィルタの適用, 農業土木工学会, Vol.158, pp.95-104, 1992 (13) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 構造損傷検出に用いる射影フィルタの感度行列に基づく基本特性, 日本建築学会構造系論文集, Vol.81, No.730, pp.2069-2077, 2016 |
| References_xml | – reference: (8) Nobuyoshi Tosaka, Akihide Utani, Hideaki Takahashi, Unknown defect identification in elastic field by boundary element method with filtering procedure, Engineering analysis with boundary elements15, pp.207-215, 1995 – reference: (10) 遠藤龍司, 池田義人, 登坂宣好, フレームモデルのシステム同定に用いる射影フィルタの特性, 構造工学論文集, Vol.61B, pp.519-530, 2015 – reference: (12) 遠藤龍司, 登坂宣好, 川上善嗣, 塩田寿美子, パラメトリック射影フィルタに基づくアルゴリズムを用いた大型浮遊式海洋建築物模型の損傷同定解析, 日本建築学会構造系論文集, No.559, pp.237-244, 2002 – reference: (7) 村上章, 長谷川高士, 構造工学・地盤工学における kalman フィルタの適用, 農業土木工学会, Vol.158, pp.95-104, 1992 – reference: (2) Chenhao Jin, Shinae Jang, Xiaorong Sun, Zhaoshuo Jiang, Richard Christenson, Application of MR Damper in Real-time Structural Damage Detection Using Extended Kalman Filter, 11th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology, 2015 – reference: (9) 遠藤龍司, 百里富美子, 登坂宣好, 拡張 Kalman フィルタを用いたフレーム構造模型の損傷同定解析, 構造工学論文集, Vol.46B, pp.27-33, 2000 – reference: (6) Chun Zhang, Jie-Zhong Huang, Gu-Quan Song, Lin Dai, Huo-Kun Li, Detection of Structural Damage via Free Vibration Responses by Extended Kalman Filter with Tikhonov regularization Scheme, Structural Monitoring and Maintenance, Vol.3, No.2, pp.115-127, 2016 – reference: (11) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 3 層フレームモデルの水平剛性の同定に用いた可変的パラメトリック射影フィルタの特性, Transaction of JSCES, Paper No.20140009, 2014 – reference: (4) R.Ghanem, G.Ferro, Health monitoring for strongly non-liner systems using the Ensemble Kalman Filter, Structural Control and Monitoring, Vol.13, pp.245-259, 2006 – reference: (1) Juliana Almeida, Hugo Alonso, Paula Rocha, Online Damage Detection in Euler-Bernoulli Beams Using the Extended Kalman Filter, 10th Portuguese Conference on Automatic Control, 2012 – reference: (3) Chenhao Jin, Shinae Jang, Xiaorong Sun, Structural Damage Detection Using Extended Kalman Filter Combined with Statistical Process Control in Nonlinear Systems, 10th International Workshop on Structural Health Monitoring 2015, Vol.2, 2015 – reference: (5) Akira Murakami, Takayuki Shuku, Shi-ichi Nishimura, Kazunori Fujisawa, Kazuyuki Nakamura, Data assimilation using the particle filter for identifying the elasto-plastic material properties of geomaterials, Int. T. Numer. Anal. Math. Geomech., published online in Wily online Library, DOI. 10, 1002/nag, 2125, 2012 – reference: (14) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 感度行列に着目した射影フィルタによる逆問題解析の特性, 計算数理工学論文集, Vol.16, No.14-161202, pp.61-66, 2016 – reference: (13) 池田義人, 遠藤龍司, 登坂宣好, 構造損傷検出に用いる射影フィルタの感度行列に基づく基本特性, 日本建築学会構造系論文集, Vol.81, No.730, pp.2069-2077, 2016 |
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| Title | １次振動モードを観測量とした射影フィルタによるフレームモデルの逆解析 |
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