Techniques d'anormalité appliquées à la surveillance de santé structurale, Novelty detection applied to structural health monitoring

Alexandre Cury

Description

Sous la direction de Christian Cremona
Thèse soutenue le 16 décembre 2010: Paris Est
Le paradigme de la surveillance de santé structurale repose sur l'introduction d'indicateurs fiables et robustes permettant de détecter, localiser, quantifier et prédire un endommagement de manière précoce. En effet, la détection d'une modification structurale susceptible de devenir critique peut éviter l'occurrence de dysfonctionnements majeurs associés à des conséquences sociales, économiques et environnementales très importantes.Ces dernières années, de nombreuses recherches se fait de l'évaluation dynamique un élément de diagnostic. La plupart des méthodes reposent sur une analyse temporelle ou fréquentielle des signaux pour en extraire une information compressée au travers de quelques caractéristiques modales ou d'indicateurs évolués construits sur ces caractéristiques. Ces indicateurs ont montré leur efficacité, mais le problème de leur sensibilité, de la nécessité de disposer d'un état de référence, et de leur fiabilité en terme de la probabilité de détection et de fausses alarmes, reste entier. De plus, le fait d'utiliser des mesures dynamiques (particulièrement si plusieurs voies de mesures sont considérées) mène au stockage de grands volumes de données.Dans ce contexte, il est important d'employer des techniques permettant d'utiliser autant des données brutes que les propriétés modales de manière pratique et pertinente. Pour cela, des représentations adaptées ont été développées pour améliorer la manipulation et le stockage des données. Ces représentations sont connues sous le nom de og données symboliques fg . Elles permettent de caractériser la variabilité et l'incertitude qui entachent chacune des variables. Le développement de nouvelles méthodes d'analyse adéquates pour traiter ces données est le but de l'Analyse de Données Symboliques (ADS).L'objectif de cette thèse est double : le premier consiste à utiliser différentes méthodes couplées à l'ADS pour détecter un endommagement structural. L'idée est d'appliquer des procédures de classification non supervisée (e.g. divisions hiérarchiques, agglomérations hiérarchiques et nuées dynamiques) et supervisée (e.g., arbres de décision Bayésiens, réseaux de neurones et machines à vecteurs supports) afin de discriminer les différents états de santé d'une structure. Dans le cadre de cette thèse, l'ADS est appliquée aux mesures dynamiques acquises emph{in situ} (accélérations) et aux paramètres modaux identifiés. Le deuxième objectif est la compréhension de l'impact des effets environnementaux, notamment de ceux liés à la variation thermique, sur les paramètres modaux. Pour cela, des techniques de régression des données sont proposées.Afin d'évaluer la pertinence des démarches proposées, des études de sensibilité sont menées sur des exemples numériques et des investigations expérimentales. Il est montré que le couplage de l'ADS aux méthodes de classification de données permet de discriminer des états structuraux avec un taux de réussite élevé. Par ailleurs, la démarche proposée permet de vérifier l'importance d'utiliser des techniques permettant de corriger les propriétés modales identifiées des effets thermiques, afin de produire un processus de détection d'endommagements efficace
-Détection d'endommagements
-Surveillance de santé structurale
-Analyse des Données Symboliques
-Méthodes de classification de données
The paradigm of structural health monitoring is based on the development of reliable and robust indicators able to detect, locate, quantify and predict damage. Studies related to damage detection in civil engineering structures have a noticeable interest for researchers in this area. Indeed, the detection of structural changes likely to become critical can avoid the occurrence of major dysfunctions associated with social, economic and environmental consequences.Recently, many researches have focused on dynamic assessment as part of structural diagnosis. Most of the studied techniques are based on time or frequency domain analyses to extract compressed information from modal characteristics or based on indicators built from these parameters. These indicators have shown their potentialities, but the problem of their sensitivity, the necessity of a reference state, and their reliability in terms of detection probability and false alarm, still remains. Moreover, the use of raw dynamic measurements (especially if several measurement channels are considered) leads to the storage of large datasets.In this context, it is important to use techniques capable of dealing not only with raw data but also modal parameters in a practical and relevant way. In order to give some insights to this problem, appropriate representations have been developed to improve both manipulation and storage of data. These representations are known as og symbolic data fg. They are used to characterize the variability and uncertainty that exists within each variable. The development of new methods capable of dealing with this type of data is the goal of Symbolic Data Analysis (SDA).This thesis has two main objectives: the first one is to use different methods coupled with the SDA to detect structural damage. The idea is to employ clustering procedures (e.g., hierarchy-divisive, hierarchy-agglomerative and dynamic clouds) and supervised classification methods (e.g., Bayesien decision trees, neural networks and support vector machines) to discriminate different structural states. In this thesis, SDA is applied to dynamic measurements obtained on site (accelerations) and to the identified modal parameters. The second goal is to study the impact of environmental effects, particularly those related to thermal variation over modal parameters. To this end, a couple of regression techniques are proposed.In order to attest the efficiency of the proposed approaches, several sensibility studies considering numerical applications and experimental investigations are carried out. It is shown that SDA coupled with classification methods is able to distinguish structural conditions with adequate rates. Furthermore, it is stressed the importance of using techniques capable of correcting modal parameters from thermal effects in order to build efficient procedures for damage detection
-Damage detection
-Structural health monitoring
-Symbolic Data Analysis
-Pattern recognition
Source: http://www.theses.fr/2010PEST1055/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 33
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 12 Mo

Extrait

CESI
Bernard
ersité
DE
Prof.
DOCTORA
OKKO
T
SID
DE
THOUVEREZ
L'UNIVERSITÉ
Juiz
P
e
ARIS-EST
Jean-Claude
Sp
app
écialité
R
:
Examinateur
Génie
de
Civil
Univ
Présen
Examinateur
tée
Christian
par
thèse
Alexandre
ésident
CUR
AL
Y
Liège
p
Prof.
our
ENSI
obtenir
orteur
le
A
titre
F
de
Cen
Do
on

vio
de
Fédérale
l'Univ
F
ersité
André
P
Examinateur
aris-Est
MEDDTL
Titre
de
TECHNIQUES
SYR
D'ANORMALITÉ
Pr
APPLIQUÉES
Prof.
À
GOLINV
LA
Univ
SUR
de
VEILLANCE
R
DE
orteur
SANTÉ
Menad
STR
AHMED
UCTURALE
IE
souten
app
ue
M.
le
BASILE
16
dvitam

Prof.
bre

2010,
École
dev
trale
an
Ly
t
Examinateur
le
Flá
jury
BARBOSA

ersité
osé
de
de
de
:
ora
Prof.
M.
Edwin
OR
DID
LCPC
A
M.
Y
CREMONA
Univ
Dir
ersité

P
/
aris-Dauphine
THÈSE
tel-00581772, version 1 - 31 Mar 2011tel-00581772, version 1 - 31 Mar 2011es
ses
les
ts
et
En
au
tout
André
premier

lieu,
que
je
mesures
tiens
te
à
au
remercier
adresse
le
gratitude.
Professeur
t
Edwin
la
DID
je
A
de
Y,
à
de
trouv
l'Univ
sérénité
ersité

P
Cen
aris-
rigueur
Dauphine
our
et
Qu'il

GOD
scien
TOUTLEMONDE,
tique
Jean-F
de
v
la
CLEMENT
so
aris-Est,

amitié.
SYR
M.
OKKO,
disp
d'a
sur
v

oir
t

et
de
ermis
présider
oir

t
jury
famille
,
thèse
ainsi
on
que
fait
les
professionnelle
Professeurs
les
Jean-Claude
p
GOLINV
de
AL,
l'expression
de

l'Univ
hef
ersité
à
de

Liège
d'Art,
et
hef
Menad
(SDO),
SID
souten
AH-
à
MED,
AILLÉ
de
à
l'École
nom
Nationale
et
Sup
t
érieure
la
d'Informatique
CETE
p
leur
our
l'exploitation
l'Industrie
p
et
t
l'En
ONSO,
treprise,
m'a
d'a
thèse.
v
de
oir
vironnemen

tra
d'être
SDO.
rapp
ma
orteurs
ra
de
ailler
mon
l'unité
tra
Ils
v
mem
ail.
suis
T
de
oute
Lab
ma
des
gratitude
et
s'adresse
CESI
aussi
e
aux
tique
mem
je
bres
remerciemen
du
sincères
jury
remarques
,
tes
le
min
Professeur
man
F
e

ma
THOUVEREZ,
toute
de
M.
l'École
T,
Cen
Départemen
trale
Ouvrages
de
F
Ly
t
on,
du
le
et
Professeur
à
Flá
SEIGNOL,
vio
l'Unité
BARBOSA,
des
de
our
l'Univ

ersité
duran
Fédérale
Je
de
Jean-
Juiz
Agnès
de
LCPC
F
D
ora
ersité
au
our
Brésil
services
et
ai
M.
our
Bernard
remercie
BASILE,
Y
de
UTIER,
la
85,
so
DUMOULIN,

Sud-Ouest
A
p
dvitam,
et
qui
lors
m'on

t
sur
fait
t
l'honneur
J'adresse
de
grand
particip
e
er
la
à
OKKO,
la
eaucoup

de
de
est

ortan
thèse.
que
En
un
particulier,
scien
j'adresse

mes
ail
plus
dans
sincères
m'a
remerciemen
hev
ts
en
au
je
Professeur
d'a
Flá
tra
vio
v
BARBOSA,
ts
sans
p
lequel
trois
mon
t
séjour
j'étais
en
de
F
j'en
rance
tout
n'aurait
long
pu
ma
être
au
p
oratoire
ossible.
tral
Je
P
suis
ts
largemen
Chaussées.
t
OR
redev
a
able
preuv
à
de
Monsieur
scien
Christian
et
CREMONA,
et
mon
lui

mes
de
ts
thèse,
plus
qui
p
a
ses

toujours
ma
ertinen
thèse
et
a

v
utieuses
ec
mon
une

atten
trouv
tion
ici
et
de
une
profonde
rigueur
J'exprime
remarquables.
ma
Son
à
assurance
Bruno
et
AR
sa


du
sance
t
scien
et
tique
d'Art,
m'on
M.
t
rançois
b
adjoin
eaucoup
au
app
hef
orté
Départemen
tout

au
Ouvrages
long
et
de
M.
mon
rançois
parcours.

A
de
v

oir
Durabilité
pu
Ouvrages
tra
p
v
m'a
ailler
oir
a
et
v
u
ec
t
lui
thèse.
a
tiens
a
remercier
v

an
et
t
V
tout
au
été
ainsi
un
Marine
honneur.
ANIEL
Les
l'Univ
discussions,
P
toujours
p
fructueuses,
les
on
breux
t
que
p
leur
ermis
demandés
non
p
seulemen
leur
t
Je
d'atteindre
égalemen
les
M.
ob
v

GA
de
de

DDTM
thèse,
et
mais
John
aussi
du
d'app
du
orter
(LR
une
Bordeaux),
base
our
solide
aide
à
leur
ma
onibilité
formation
de
scien
des
tique.
de
Christian
réalisées
CREMONA
le
a
on
été
PI-57
un
l'Oise.

égalemen
de
un
thèse
merci
exemplaire
Filip
et
AF
j'ai
de
pu
so
apprécier
SYR
ses
qui
grandes
b
qualités
aidé
tan
début
t
ma
sur
Il
le
égalemen
plan
imp
professionnel
t
que
préciser
p
j'ai
ersonnel.
é

en

t
d'autan
tique
t
un
plus
de
ma
v


et
qualité
mon
l'Unité
admiration

p
p
our
d'ac
lui.
er
Je
thèse
lui
toute
en
et
suis
suis
profondémen
vi
t
v

pu
t
v
et
a
lui
ec
témoigne
agen
ici
de
toute
SDO
mon
endan
amitié.

Je
années.
tiens
m'on
à

remercier
si
M.
un
André
bre
OR
leur
CESI,
et
qui

m'a
Remerciemen
tel-00581772, version 1 - 31 Mar 2011En

DEMAN,
emen
drien
t
leur

man
t.
Romain
Merci
remercier
à

Bruno
aisé.
KOUBI
p
p
Omar
our
BENINE,
les
ons
discussions
RADOMSKI.
p
(en
ertinen
e,
tes
leur
sur
t.
les
en
a
SAAD
v
lors

T,
informatiques,
aux
à
Café,
Jean
MAR
D
BORE,
A
do
UTHUILLE,
A
mon
enn

mes
de
ANTE
bureau,
ain
p
e
our
é
sa

b
soutien
onne
parcours
h
p
umeur
à

GANDOMZADEH,
te,
à
à
son

l'impression
ADELAIDE
Dominique
p
ernanda
our
Raouf
sa
mem
disp
de
onibilité,
NASSIOPOULOS,
ses
RICHARD,

Josselin
et
et
toutes
aux
les
des
discussions

fructueuses
CQUIST
que
et
nous
me
a
ermis
v
famille
ons
au
eues,
Raphael