20806

۲۰۸۰۶

تشخيص آسيب سازه اي با استفاده از پارامتر هاي مودال سازه (ماتريس نرمي و سرعت زاويه اي)

كارشناسي ارشد

سازه

۱۳۹۵-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۱/۲۸

دكتر قدرتي اميري

عمران

در جامعه مهندسي عمران، نياز به نظارت موثر بر سلامت سازه ها در طول عمر مفيدشان پذيرفته شده است. حوادثي همچون زلزله، طوفان و انفجار به شدت مي توانند زيرساخت هاي عمراني را مورد آسيب قرار دهند. موارد مذكور سبب شده است تا تشخيص آسيب موجود در سازه (شدت، نوع، زمان و محل آسيب) و پايش سلامت سازه به يكى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد . يكي از روش هايي كه امروزه مورد توجه قرار گرفته است روش هاي تشخيص خرابي مبتني بر ارتعاش سازه مي باشند. اين روش ها با استفاده از استخراج خصوصيات مودال سعي در تشخيص خرابي در سازه ها دارند. در اين روش‌ها آسيب ايجاد شده مي تواند به عنوان كاهش سختي تعريف شود، كه بر خواص مودال سازه تأثير مي گذارد. محققان زيادي سعي نموده اند به كمك ماتريس نرمي سازه، كه از نظر دقت اندازه گيري شرايط بهتري نسبت به ماتريس سختي دارد، به عنوان روشي براي عيب يابي سازه ها استفاده نمايند. مزيت ماتريس نرمي در آن است كه فركانس هاي بالاتر مشاركت كمتري در آن دارد و فركانس هاي پايين در آن تاثير گذار هستند. در دنياي واقعي فركانس هاي مودهاي پايين تر با دقت بيشتري قابل محاسبه هستند، در نتيجه استفاده از ماتريس نرمي به جاي ماتريس سختي جهت تعيين مشخصات سيستم ها، تشخيص آسيب و پيدا كردن محل آسيب انتخاب بهتري محسوب مي گردد. در مهندسي سازه ها بهينه يابي در موضوعات گسترده اي شامل طراحي وتحليل بهينه سازه ها، تشخيص محل و شدت خرابي اعضا و بسياري ديگر از زمينه ها كاربرد دارد. مبحث بهينه يابي، طيف گسترده اي از روش ها را شامل مي شود كه بهينه يابي فراكاوشي از مهم ترين آنها مي باشند. روش هاي فراكاوشي، طيف گسترده اي را شامل مي شوند كه عمدتا از طبيعت الهام گرفته شده اند. الگوريتم گرگ خاكستري از جمله مؤثرترين اين روش ها مي باشد كه در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته است.الگوريتم هاي فراكاوشي قادر به يافتن پاسخ خوب ونه لزوماً بهترين پاسخ، در زماني نسبتاً اندك براي مسائل بزرگ و پيچيده هستند. از جمله كاربرد روش هاي مذكور در شناسايي آسيب در سازه ها مي باشد. در اين پايان نامه به معرفي يك روش براي تشخيص موقعيت و محاسبه مقدار خرابي در سازه ها بر اساس ماتريس نرمي و سرعت زاويه اي سازه آسيب ديده با استفاده از به روز رساني مدل مي پردازيم. روش پيشنهادي موقعيت و مقدار خرابي سازه ها را با استفاده از بهينه سازي تابع هدف با الگوريتم فراكاوشي گرگ خاكستري تعيين مي كند.سه مثال با درنظرگرفتن شدت هاي مختلف در خرابي، سناريوهاي مختلف خرابي و تأثير نوفه موجود در داده هاي مودال بررسي شده اند. نتايج حاصل نشانگر عملكرد موفق و موثر روش پيشنهادي در تشخيص صحيح شدّت و محل خرابي است. واژه هاي كليدي: تشخيص خرابي، به روزرساني مدل، الگوريتم هاي فرا كاوشي، تابع هدف.

1398/04/25

Damage detection in structures using modal parameters of structure (flexibility matrix and angular velocity)

7/16/2019 12:00:00 AM

In the civil engineering community, the need for effective monitoring of the health of structures during their useful life has been accepted. Accidents such as earthquakes, storms and explosions can severely damage the infrastructure of the building. These cases have caused the identification of damage to the structure (severity, type, time and place of damage) and structural health monitoring as one of the most important issues in engineering sciences, including civil engineering. One of the methods that has been considered today is the methods of damage detection based on the vibration of the structure. These methods, using the modal properties, are trying to identify the failure of the structures. In these methods, damage can be defined as a reduction of Stiffness, which affects the modal properties of the structure. Therefore, causing damage to the structure results in changes in the dynamic characteristics, including the natural frequencies, the felexibility matrix, and the mode shape. As stated above, structural damage are mainly interpreted as local stiffness reduction at the site of damage, many researchers have tried to use the felexibility matrix of the structure, which, in terms of measuring accuracy, has better conditions than the Stiffness matrix, as A method for troubleshooting structures. The felexibility matrix advantage of the hard matrix is that since the matrix of inverse softness is a Stiffness matrix, it contributes less to the higher frequency Stiffness matrix and low frequencies. In the real world, the frequencies of lower modes can be more accurately calculated, so using a felexibility matrix instead of a Stiffness matrix for specifying systems, detecting damage, and finding the location of damage is a better choice. The location of the damage can be detected using the estimate of felexibility matrix change before and after injury. In structural engineering, optimization in a wide range of topics including design and optimization of structures, location detection and severity of member failure, and many other areas are applicable. The optimization topic involves a wide range of methods that mathematical optimization, component optimization, and optimization of the meta-analysis are among the most important ones. Fractional methods include a wide range, mostly inspired by nature. Gray wolf algorithm is one of the most effective methods used in this study. Fractional algorithms are able to find the right answer, not necessarily the best answer, at a relatively small time for large and complex issues. One of these methods is to identify damage in structures. In this thesis, we introduce a method for determining the location and calculating the amount of damage in structures based on the softness matrix and angular velocity of the damaged structure using the model update. The proposed method determines the position and amount of structural failure using optimization of the cost function with the gray wolf algorithm. Three examples of varying degrees of damage, different scenarios of damage and the effect of noise on modal data are investigated. The results show the successful and effective performance of the proposed method in determining the severity and location of the failure. Keywords: damage detection, model updating , optimization algorithms, cost function.