17712

17712

مقايسه انواع بهينه سازهاي فراكاوشي در تشخيص محل و شدت خرابي سازه ها

كارشناسي ارشد

سازه

اسفند ماه 1395

دكتر غلامرضا قدرتي اميري - دكتر احمد نيكنام

عمران

همه‌ي سازه‌ها ممكن است در طي عمر بهره‌برداري خود بر اثر عوامل مختلفي از جمله خوردگي، فرسودگي مصالح، تأثير عوامل خارجي مثل زلزله، باد و بارهاي ضربه‌‌اي دچار آسيب‌ديدگي سازه‌اي شوند. تشخيص زودهنگام و به موقع اين آسيب‌ها در سازه‌ها اهميت بسيار زيادي دارد، زيرا در غير اين صورت ممكن است منجر به مختل شدن عملكرد بهره‌برداري مطلوب سازه شده و يا حتي انهدام ناگهاني ساختمان را در پي داشته باشد. از اين رو، شناسايي و بررسي آسيب‌ در سازه‌ها مبحث تحقيقي بسيار مهمي در دهه‌هاي اخير بوده است. هدف در اين مطالعه تعيين مكان و شدت آسيب با استفاده از روش‌هاي به روز رساني مدل و مشخصاً بررسي نقش نوع بهينه‌ياب و تابع هدف مي‌باشد. برخلاف مطالعات پيشين، در اين تحقيق روش به روز رساني مدل از 4 جهت مورد بررسي قرار گرفته است: 1) بررسي روش در ارزيابي سازه هاي بزرگ. براي اين منظور روش دو‌مرحله‌اي براي تعيين محل و ميزان خرابي در سازه‌هاي بزرگ خرپايي با استفاده از تبديل ويولت و روش به روز رساني مدل ارائه شده است، 2) بررسي روش در سازه‌هايي كه كرنش‌سنج پس از وقوع آسيب در آنها نصب مي‌شود. براي اين منظور روشي مبتني بر بهينه‌يابي كه هم محل و هم شدت خرابي را با استفاده از تعريف كرنش تعيين مي‌كنند، ارائه شده است. 3) بررسي كارايي روش با در نظر گرفتن عدم قطعيت‌هاي مربوط به مصالح و هندسه. براي اين منظور روشي احتمالاتي بر پايه شبيه سازي مونت كارلو با در نظر گرفتن توزيع برنولي براي عدم قطعيت ويژگي‌هاي مصالح و ابعاد سازه پيشنهاد شده است. در اين بخش احتمال تشخيص خرابي توسط روش به روزرساني مدل به صورت كمي بررسي خواهد شد. 4) در انتها، كارايي روش به روز رساني مدل در حوزه زمان ارزيابي شده است. در اين بخش بيان شده است كه روش هاي مرسوم به روز رساني مدل داراي قابليت كافي براي تشخيص خرابي نمي باشند. در ادامه براي افزايش كارايي، روش به روز رساني غيرخطي با استفاده از روش عادي سازي تيخونوف پيشنهاد شده است و در روش هاي بالا از الگوريتم هاي نوين و جديد آشكار سازي آسيب در سازه‌ها براساس فركانس ، شكل مودي و پاسخ تاريخچه زماني سازه آسيب ديده استفاده شده است و در نهايت براي نشان دادن كارايي روش پيشنهادي از مثالها و مدلسازي‌هاي عددي به روش اجزاء محدود استفاده خواهد شد. در آخر بايد اشاره شود كه بر اساس نتايج و مطالعات صورت گرفته بهينه‌ياب ها نقش تعيين كننده اي در يافتن جواب ها ندارند و تقريباً همه آنها را مي توان در مسائل تشخيص آسيب به كاربرد. در مورد تابع هدف، بايد اضافه شود كه تابع هدف هاي مختلف ارائه شده تا به امروز كارايي كافي براي حل مسائل را دارند متناسب با نوع مسئله از تابع هدف‌ها استفاده خواهد شد، حال آنكه انتخاب روش و استراتژي مناسب بسته به نوع مساله، اندازه سازه و حوزه مورد بررسي (زمان يا فركانس) مهمترين نقش را در اين مسائل دارند. واژه‌هاي كليدي: تشخيص آسيب، حوزه زمان و فركانس، به‌روزرساني مدل، بررسي احتمالاتي، روش عادي سازي تيخونوف، بهينه‌ياب‌هاي فراكاوشي، عدم قطعيت.

1396/05/16

1/1/1900 12:00:00 AM

During the serviceability of a structure, it would experience a variety of damages bringing either partial or significant adverse effects on its performance. Thus, Structural Health Monitoring (SHM) methods play a vital role in determining the location as well as the severity of damages in order to keep the structures both stable and safe. In this regard, researchers have put a great amount of effort into proposing methods through which not only would the location of damages be spotted, but their severities would be also quantified. This paper is mainly aimed at eva​luation of model updating method, specifically objective functions and optimization algorithms, for damage quantification and localization of structures. More specifically, the conventional model updating method will be assessed for following problems, for each of which new solution will be presented. I) firstly, the model updating method will be examined for large truss structures, which will lead to proposing new two-step method composed of wavelet and model updating method to reduce the computational cost. II) Secondly, the method will be investigated for the structures on which the strain gage will be installed after damage has occurred. For this purpose, new methodology based on pseudo stain will be established. III) Thirdly, the efficiency of model updating method will be assessed when the uncertainty related to material and geometry are involved in the problem. In this respect, a new probabilistic method based on Monte-Carlo simulation is proposed. IV) Lastly, the model updating method is eva​luated in time-domain, and its weaknesses are revealed. In order to tackle these inefficiencies, new regularization method is suggested. In all of the above mentioned methods, dynamic modal data and time-history data are recruited, a number of numerical examples are considered. Finally, according the results, all of the objective dunctions and optimization algorithms proposed so far can be employed in the process and play insignifinat role in achieve the desirable results, but, interestingly, what paly the most critical role is the employing felicitous strategy depending on the size of structure and the domain in which the computations will be done. Keywords: Damage Detection, Time-domain, and Frequency-domain, model updating method, probabilistic modeling, and Regularization method.