20295

۲۰۲۹۵

شناسايي آسيب سازه‌اي بر اساس ماتريس نرمي تعميم‌يافته و با استفاده از الگوريتم بهينه‌يابي فراكاوشي

كارشناسي ارشد

زلزله

۱۳۹۵-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۲۰

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

عمران

در اثر بروز آسيب‌هاي سازه‌اي ناشي از بارگذاري‌هاي ناگهاني و خاص از قبيل زلزله، تغييرات نامطلوبي در عملكرد سازه ايجاد مي‌گردد. در اين شرايط به منظور تعمير و بهسازي محل خرابي پيش از خسارات جدي‌تر يا تخريب، نياز به استفاده از روش‌هايي براي شناسايي آسيب‌ مي‌باشد. يكي از موضوعاتي كه همواره در مهندسي عمران، مهندسي مكانيك و علوم هوافضا مورد توجه بوده است، تشخيص مكان و ميزان خرابي سازه‌ها در مراحل اوليه و نظارت بر سلامت آن‌ها مي‌باشد. امروزه تحقيقات بر روي روش‌هاي شناسايي آسيب مبتني بر پارامتر‌هاي ديناميكي، بسيار گسترش يافته است، زيرا از اين روش‌ها مي‌توان براي بررسي مستمر و به هنگام سازه‌ها استفاده كرد و از رخداد آسيب‌هاي بيشتر جلوگيري كرد. ايده‌ي اصلي اين گونه روش‌ها اين است كه هر سازه را مي‌توان به صورت يك سيستم ديناميكي با جرم، سختي و ميرايي منحصر به فرد در نظر گرفت، كه در صورت آسيب ديدن سازه‌ اين پارامتر‌ها دچار تغيير مي‌شوند و بنابراين با بررسي تغييرات پارامتر‌هاي مودال بين مدل سازه سالم و سازه آسيب‌ ديده مي‌توان به محل و شدت آسيب‌ها پي برد. روش به روز رساني مدل از جمله روش‌هاي ديناميكي مي‌باشد. در اين پايان نامه روشي جديد مبتني بر به روز رساني مدل مورد پژوهش قرار گرفته است كه در آن از پارامتر ماتريس نرمي تعميم‌يافته در تابع هدف به صورت مسئله بهينه‌سازي براي شناسايي آسيب بهره گرفته شده است. آسيب در اين تحقيق به صورت كاهش سختي عضو تعريف مي‌شود. در شناسايي آسيب سازه‌اي بر اساس تغيير در ماتريس نرمي تعميم‌يافته محل و مقدار آسيب مشخص مي‌شود و در مقايسه با پارامترهاي مودال ديگر و حتي ماتريس نرمي اصلي ، اثر مود‌هاي بالاتر به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌يابد و از اطلاعات مود‌هاي پايين استفاده مي‌شود. همچنين به منظور كمينه كردن تابع هدف از الگوريتم گرده‌افشاني گل، كه يكي از الگوريتم‌هاي بهينه‌يابي فراكاوشي مي‌باشد، استفاده شده است. براي ارزيابي روش ارائه شده سه مثال عددي شامل خرپاي 21 عضوي مسطح ، قاب خمشي 21 عضوي دو بعدي و قاب برشي 15طبقه مورد بررسي قرار گرفته اند كه در هر كدام سه سناريوي مختلف آسيب شامل وجود يك يا چند عضو آسيب ديده در حالت‌هاي با و بدون نوفه اعمال شده است. مقدار نوفه در نظر گرفته شده براي خرپا و قاب خمشي 5 درصد و براي قاب برشي 3 و 8 درصد مي‌باشد. نتايج حاكي از عملكرد رضايت‌بخش ، دقيق و سريع روش ارائه شده در شناسايي محل و شدت آسيب در سازه‌ها مي‌باشد.

1398/01/24

structural damage detection based on generalized flexibility matrix using metaheuristic optimizing algorithm

4/13/2019 12:00:00 AM

Due to occurrence of structural damages arising from sudden and special loadings such as earthquake, undesirable changes are created. In this situation it is necessary to use such methods for damage detection in order to reparation and rehabilitation of damage location before more serious damages or demolition. One of the most noticeable subjects in civil engineering, mechanic engineering and aerospace science from past to now is detection of location and severity of structural damage in early stages and their health monitoring. Nowadays researches on damage detection methods based on dynamic parameters have developed much, because these methods can be used for continuous and online check of structures and prevent happening more damages. The main idea of these methods is that each structure can be considered as a dynamic system with unique mass, stiffness and damping changing when structure damages. So by evaluating differences of modal parameters between model of intact structure and damaged structure, damages locations and severities can be found. Model updating technique is one of the dynamic methods. In this thesis, a new method is investigated wherein using generalized flexibility matrix in the objective function as an optimization problem for damage detection. Damage is defined in the form of stiffness reduction of element in this research. Damage location and severity are specified based on change in generalized flexibility matrix. In generalized flexibility matrix, the effect of higher modes decreases in comparison with other modal parameters and even flexibility matrix, and lower modes are used. Also in order to minimize objective function, Flower pollination algorithm is employed that is one of the metaheuristic optimization algorithm. For evaluating proposed method, three numerical examples are considered include a 21 elements 2D truss, a 21 elements 2D frame and a shear frame with 15 stories that on which one of those, three different damage scenarios include presence of single or multi damaged elements at noisy and without noise conditions are applied. The amount of noise that is considered for truss and frame is 5 percent and 3 and 8 percent for shear frame. Results indicate that proposed method is satisfactory, precise and fast for detection of damage location and severity in structures.