17664

17664

تشخيص و تعيين آسيب در سازه ها با بروز رساني مدل سازه اي به كمك پارامترهاي ديناميكي حساس به خرابي

كارشناسي ارشد

زلزله

فروردين 1396

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

عمران

تحقيقات بر روي شناسايي آسيب بر مبناي داده‌هاي ارتعاشي در چند سال گذشته، بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته است. در تحقيقات گذشته از مفهوم بردار نيروي باقي‌مانده مودي (MRF) براي تعيين محل آسيب استفاده كرده اند. در اين تحقيق، با استفاده از نيروي باقي‌مانده مودي، علاوه بر تعيين محل آن، شدت آسيب نيز مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين، ماتريس نرمي در مقالات گذشته استفاده شده است. اما، در اين تحقيق، از ماتريس نرمي اي كه ابعادش كاهش يافته است، استفاده شده است كه از پيچيدگي مساله مي كاهد. ساختار پايان نامه به اين صورت است كه در فصل اول، به معرفي تئوري، فرضيات و اهميت تحقيق پرداخته مي شود. سپس، در فصل دوم، پيشينه تحقيق در زمينه تشخيص آسيب مورد بررسي قرار مي گيرد. در فصل سوم، مفاهيم مربوط به 2 بهينه‌يابي گرگ خاكستري (GWO) و بهينه‌يابي هيبريدي اصلاح‌شده (MHPSSO) مورد بررسي قرار گرفته است. سپس، روش پيشنهادي اول كه تابع هزينه با استفاده از نيروي باقي‌مانده مودي (MRF) بود، ارائه شده است. در روش پيشنهادي دوم، با استفاده از مفهوم نيروي باقي‌مانده مودي و معيار اطمينان مودي (MAC)، تابع هزينه‌ي اين روش ارائه شده است. در هر دو روش پيشنهادي اول و دوم، استفاده از بهينه‌يابي گرگ خاكستري براي پيدا كردن جواب بهينه مورد توجه قرار گرفته است. در روش پيشنهادي سوم، مفهوم ماتريس نرمي تعميم يافته و تحليل جزء اصلي كرنل براي كاهش ابعاد ماتريس نرمي ارائه شده است كه با استفاده از تابع هزينه‌اي روش دوم (مبتني بر معيار اطمينان مودي) و استفاده از مفهوم سختي سطح مقطعي (سختي تعريف شده با وجود آسيب در ميان المان) و روش بهينه يابي هيبريدي اصلاح شده، به ارائه روش پيشنهادي سوم در تشخيص آسيب انجاميد. در فصل چهارم، 3 مثال اول، به ترتيب مربوط به يك سازه مرجع، خرپاي دوبعدي و قاب برشي چهار طبقه صفحه‌اي است كه اين مثال ها كارايي دو روش اول را مورد بررسي قرار مي‌دهد. در بخش بعد كه مربوط به مثال‌هاي روش پيشنهادي سوم مي باشد، ابتدا، قاب دوبعدي اجزاء محدود مورد بررسي قرار گرفته است. سپس، از دو مثال ديگر كه از تعداد المان‌هاي بيشتر و آسيب‌هاي پيچيده‌تر برخوردار هستند، استفاده شده است كه به ترتيب، قاب 11 طبقه و خرپاي سه بعدي مي باشند. موضوع آغشته بودن فركانس‌هاي طبيعي با نوفه نيز مورد توجه قرار گرفته است. نتايج عملكرد مناسب روش هاي پيشنهادي در تشخيص آسيب، حتي با وجود نوفه، را نشان مي‌دهد. واژه‌هاي كليدي: تشخيص خرابي، الگوريتم گرگ خاكستري، نيروي باقي مانده مودي، معيار اطمينان مودي، ماتريس نرمي تعميم يافته

1396/04/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In recent years, investigation on vibration-based damage identification has gained more attention. The main idea of these methods are based on this fact that the changes in physical characteristics (mass, damping and stiffness) leads to detectable changes in modal properties (natural frequencies, modal damping and mode shapes). Due to some defects in convergence speed of previous method in the literature, there is an increasing demand for methods with high performance in damage detection problems. In chapter 1, theory, assumptions and necessities of the current research were introduced. Afterwards, a literature review of damage detection methods has been provided in chapter 2. In chapter 3, the concepts about grey wolf optimization (GWO) and modified hybrid particle-swallow swarm optimization (MHPSSO) have been investigated. Afterwards, the first method has been proposed which its cost function is based on direct data-fitting strategy using modal residual force (MRF). In the second proposed method, modal residual force and modal assurance criterion (MAC) have been used in order to define a novel cost function. In both of these methods, the grey wolf optimization has been employed in order to find the optimum solution. Using MRF and optimization at the same time has helped the process related to finding the location and severity of damage simultaneously. In the third method, the generalized flexibility matrix and kernel principal component analysis have been utilized in order to develop a method based on the cost function of the second method (based on modal assurance criterion), cross-section stiffness (stiffness defined with a damage on the element) and the modified hybrid optimization algorithm. In the chapter four’s examples, the efficiency of the proposed methods has been investigated. The first three examples are related to the first two methods. These examples are benchmark structure, 2-dimensional truss and planar four-story shear frame, respectively. In the next section which is related to the third proposed method’s examples, a 2-dimensional finite element frame with three element is used. Subsequently, two examples with more elements and complicated damages have been utilized which are 11-story frame and 3-dimensional truss, respecively. The noise effect on natural frequencies also has been considered. The results show the viability and efficiency of the proposed methods (considering noise effect). Keywords: Damage detection, grey wolf optimization, modal residual force, modal assurance criterion, generalized flexibility matrix