16486

16486

تشخيص آسيب در سازه‌ها با استفاده از روش زير سازه و بهينه‌ياب‌هاي فراكاوشي

كارشناسي ارشد

سازه

اسفند ماه 1394

دكتر رضا عباس نيا

عمران

چكيده عيب يابي يكي از شاخه¬هاي كنترل سلامت سازه¬ها مي¬باشد كه در دو دهه اخير توجه بسياري از محققين را به خود جلب كرده است. امروزه، تحقيقات بر روي روش¬هاي عيب يابي سازه¬ها بر پايه پاسخ¬هاي ديناميكي، بسيار گسترش يافته است زيرا از اين روش¬ها مي توان به عنوان روشهاي بررسي دائمي و بهنگام سازه¬ها جهت جلوگيري از به وجود آمدن آسيب¬هاي بيشتر استفاده كرد. در اين پايان¬نامه يك روش سه مرحله¬اي جديد براي عيب يابي ساز¬هاي پر عضو مانند قابهاي چند طبقه ارائه مي¬شود. در اثر خرابي يك سازه، ويژگي¬هاي استاتيكي و ديناميكي سازه تغيير كرده، كه با در نظر گرفتن نحوه اين تغييرات مي¬توان مكان و شدت خرابي را درسازه¬ها شناسايي كرد. براي سازه هاي با تعداد عضو زياد، آسيب محلي تغيير اندكي در اطلاعات مودال كلي ايجاد مي¬كند، كه تشخيص آسيب محلي را دشوار مي¬سازد. با افزايش داده هاي ورودي به الگوريتم بهينه سازي در فرآيند عيب يابي سازه، دقت نتايج كاهش يافته و با جمع اين دو عامل، مشكل دو چندان مي‌گردد. براي رفع اين نقيصه در اين پايان نامه از روش زيرسازه جهت تفكيك سازه اصلي به زيرسازه‌هاي مستقل به منظور كاهش فضا و افزايش حساسيت نسبت به آسيب استفاده شده است. پس از تفكيك سازه اصلي به زير سازه‌هاي مستقل در مرحله دوم با استفاده از تغييرات انرژي كرنشي مودال المان‌ها، انديس خرابي هر المان بدست آمده و با توجه به آن محل المان‌هاي محتمل خرابي تعيين مي‌شود. در مرحله سوم با استفاده از انديس خرابي مبتني بر اختلاف بين فركانس‌هاي سازه¬ي خراب واقعي و سازه بروز شونده به عنوان تابع هدف الگوريتم بهينه سازي فاخته، شدت خرابي در المان‌هاي سازه مشخص مي¬شود. براي بررسي عملكرد روش پيشنهادي چندين سازه مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه روند سه مرحله اي ارائه شده، محل وقوع و شدت خرابي را در سازه‌ها، حتي در صورت وجود چند المان معيوب، با دقت بسيار خوبي تعيين مي كند. همچنين با مقايسه نتايج حاصل از الگوريتم فاخته با الگوريتم هاي اجتماع ذرات، جستجوي گرانشي، هارموني و سيستم شارژ مشخص شد كه اين الگوريتم دقت و سرعت همگرايي بيشتر در بحث عيب يابي سازه¬ها دارد. بعلاوه بررسي ها نشان داد، استفاده از راهكار زير سازه علاوه بر كاهش قابل توجه زمان محاسبات باعث افزايش در دقت روند عيب يابي حتي در صورت وجود نويز در داده ها ميگردد. واژه‌هاي كليدي: عيب يابي سازه¬ها، الگوريتم بهينه سازي فاخته، زير سازه، انرژي كرنشي مودال، شدت ومكان خرابي

1395/11/13

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Damage detection is one of the subcategories of the health monitoring methods which has attracted much attention recently. Today the researches on damage detection methods, based on dynamic responses, have developed because they can be used as the time-to-event continual methods to prevent more damages. In this research a new three- step method is represented to detect the damages in multiple-member an​d large scale structures like structural frames. Damages in structures change the static an​d dynamic characteristics of the structured an​d as the result of these changes, the location an​d severity of the damages can be identified. For large-scale structures, local damages may cause illegible changes in total modal characteristics of the structures which make more difficulties to identify local damages. Increasing of the internal data can decrease accuracy of the metaheuristic algorithms to specify the location an​d severity of damages. To solve recent problems which mentioned above, in this research, the substructuring method is used to separate the original structure to independent substructures in order to decrease the search space an​d increase the sensitivity of the responses to damages. The second step after separating the main structure to independent substructures, is determination of damage index of each element by using of Modal Strain Energy Based Index an​d identify the location of damages. In the third step, by using damage index, based on differences between actual damaged structure an​d analytical model, as an objective function for cuckoo algorithm, the severity of damages is specified in structural elements. To eva​luate the proposed method, different examples are examined. The results indicate that the represented three-steps method can identified the location an​d severity of damages, even if there are multiple damages in the studied structures. As well as indicating that the result of cuckoo algorithm in these examples, is more accurate than other algorithms which are used in this research. Keywords: damage detection, cuckoo optimization algorithm, substructure, Modal Strain Energy, location an​d severity of damage.