Assessing the performance of a differential evolution algorithm in structural damage detection by varying the objective function

Valoración del desempeño de un algoritmo de evolución diferencial en detección de daño estructural considerando diversas funciones objetivo

Structural damage detection has become an important research topic in certain segments of the engineering community. These methodologies occasionally formulate an optimization problem by defining an objective function based on dynamic parameters, with metaheuristics used to find the solution. In this study, damage localization and quantification is performed by an Adaptive Differential Evolution algorithm, which solves the associated optimization problem. Furthermore, this paper looks at the proposed methodology's performance when using different functions based on natural frequencies, mode shapes, modal flexibilities, modal strain energies and the residual force vector. Simple and multiple damage scenarios are numerically imposed on truss structures to assess the performance of the proposed methodology. Results show that damage scenarios can be reliably determined by using the analyzed objective functions. However, the methodology does not perform well when the objective function based on natural frequencies and modal strain energies is employed.

Detección de daño estructural es actualmente un importante tema de investigación para diferentes comunidades en ingeniería. Algunas de las metodologías de detección de daño reportadas en la literatura formulan un problema de optimización mediante una función objetivo basada en la respuesta dinámica de la estructura y el uso de metaheurísticas para resolverlo. En este estudio, la localización y cuantificación del daño se realiza utilizando un algoritmo de evolución diferencial con parámetros adaptativos. El desempeño de la metodología propuesta es evaluado utilizando diversas funciones objetivo basadas en frecuencias naturales, formas modales, flexibilidad modal, energía de deformación modal y el vector de fuerza residual. Escenarios de daño simple y múltiple son simulados para estructuras de tipo armadura con el objetivo de determinar el desempeño de la metodología propuesta. Los resultados muestran que el algoritmo utilizado puede determinar confiablemente los escenarios buscados para varias de las funciones objetivo utilizadas. Sin embargo, no se obtuvo buenos resultados cuando se utilizó la función basada en frecuencias naturales y energía de deformación modal.