Non - stationary time - dependent ARMA random vibration modeling, analysis, and SHM with wind turbine applications

Abstract

The main topic of this research work is the development of algorithms for vibration-based output-only modeling, time-frequency analysis and health monitoring of structures with non-stationary vibration response, based on non-stationary Time-dependent AutoRegressive Moving Average (TARMA) and Linear Parameter Varying ARMA (LPV-ARMA) modeling. The work carried out in this Ph.D. Dissertation is separated into three main directions: (1) The effective representation of non-stationary vibration response of structures with time-dependent dynamics and under important influence of uncertainty (operational and environmental) via TARMA and LPV-ARMA models. (2) The development of robust damage detection and identification methods that are capable to cope with the variability induced by uncertainties in the dynamics of the vibration response of the structure. (3) The elaboration of mathematical expressions that can serve to obtain accurate descriptors of time and frequency behavior of non-stationary processes, and may be used for the anlaysis of the non-stationary dynamic behavior of structures with time dependent dynamics.

Το κύριο θέμα αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων για την μοντελοποίηση σημάτων εξόδου διέγερσης, χρόνου συχνότητας και την παρακολούθηση της υγείας των κατασκευών με μη στάσιμη απόκριση διέγερσης, βασιζόμενοι σε μη στάσιμα AutoRegressive Moving Average (TARMA) και Γραμμικά Μεταβαλλόμενα ARMA (LPV-ARMA) μοντέλα. Η εργασία που παρουσιάζεται σε αυτή την Διδακτορική Διατριβή χωρίζεται σε τρεις κύριες ενότητες (1) Την αποτελεσματική αναπαράσταση μη στάσιμων σημάτων εξόδου κατασκευών με χρονικά μεταβαλλόμενα δυναμικά χαρακτηριστικά και υπό σημαντική επιρροή αβεβαιότητας (λειτουργιάς της κατασκευής και περιβαλλοντικές συνθήκες) μέσω TARMA και LPV-ARMA μοντέλα (2) Την ανάπτυξη μεθόδων διάγνωσης και αναγνώρισης βλαβών που είναι ικανές να αντιμετωπίσουν τη μεταβλητότητα που προκαλείται στα δυναμικά χαρακτηριστικά της απόκρισης διέγερσης της κατασκευής λόγω αβεβαιότητας (3) Η αναπτυξη μαθηματικών εκφράσεων που μπορούν να χρησιμεύσουν για την λήψη ακριβής περιγραφών χρόνου και συχνότητας της συμπεριφοράς μη στάσιμων διεργασιών και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση της μη-στάσιμης συμπεριφοράς των δυναμικών χαρακτηριστικών κατασκευών με χρονικά-εξαρτώμενα δυναμικά χαρακτηριστικά.