A state-of-the-art review of the Bouc-Wen model and hysteresis characterization through sparse regression techniques

Atribución-NoComercial 4.0 InternacionalÁlvarez Marín, Diego Andrés, Jorge EduardoBedoya Ruiz, Daniel AlveiroHeredia Pérez, Michael2025-10-022025-10-022025https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/89006fotografías, graficasThis thesis presents a comprehensive study of the Bouc-Wen model for hysteresis, focusing on its historical evolution, mathematical formulations, and capacity to represent complex behaviors such as asymmetry, degradation, pinching, and emerging recognized phenomena like s-shaped and flag-shaped responses. A detailed analysis of the model's variations was conducted, spanning over more than two decades of research, to identify trends, challenges, and gaps in current implementations. Building upon this foundation, a library of candidate functions was developed to represent hysteretic behavior through the sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy) framework. Experiments revealed that while the basic SINDy algorithm can approximate certain aspects of hysteresis, it struggles to fully capture the dynamics of complex structural systems. This work not only consolidates knowledge about the Bouc-Wen model but also offers a critical perspective on the potential and limitations of data-driven methodologies for advancing structural dynamics research (Texto tomado de la fuente)Esta tesis presenta un estudio exhaustivo del modelo de Bouc-Wen para la histéresis, centrándose en su evolución histórica, formulaciones matemáticas y capacidad para representar comportamientos complejos como la asimetría, la degradación, el pinzamiento y fenómenos emergentes reconocidos, como las respuestas en forma de s y de bandera. Se realizó un análisis detallado de las variaciones del modelo, abarcando más de dos décadas de investigación, para identificar tendencias, desafíos y brechas en las implementaciones actuales. Sobre esta base, se desarrolló una biblioteca de funciones candidatas para representar el comportamiento histerético mediante el algoritmo de identificación dispersa de dinámicas no lineales (SINDy, por sus siglas en inglés). Experimentos revelaron que, aunque el algoritmo básico de SINDy puede aproximar ciertos aspectos de la histéresis, tiene dificultades para capturar completamente la dinámica de sistemas estructurales complejos. Este trabajo no solo consolida el conocimiento sobre el modelo de Bouc-Wen, sino que también ofrece una perspectiva crítica sobre el potencial y las limitaciones de las metodologías basadas en datos para avanzar en la investigación de dinámica estructural.xiv, 231 páginasapplication/pdfenghttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/620 - Ingeniería y operaciones afines::624 - Ingeniería civilA state-of-the-art review of the Bouc-Wen model and hysteresis characterization through sparse regression techniquesTrabajo de grado - MaestríaUniversidad Nacional de ColombiaRepositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiahttps://repositorio.unal.edu.co/info:eu-repo/semantics/openAccessHysteresisBouc-WenState-of-the-art reviewSINDy algorithmSparse regressionData-driven modelingHistéresisRevisión del estado del arteAlgoritmo SINDyRegresión dispersaModelado basado en datosModelo matemáticoMathematical modelsDiseño estructuralStructural designMecánica de los suelosSoil mechanicsUna revisión del estado del arte del modelo de Bouc-Wen y caracterización de histéresis mediante técnicas de regresión dispersa