21008

۲۱۰۰۸

توسعه روش هاي شناسايي آسيب مبتني بر اطلاعات مودال بر اساس مطالعه آزمايشگاهي

دكنري تخصصي

سازه

۱۳۹۸

۱۳۹۸/۰۶/۰۵

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

عمران

امروزه شناسايي به موقع آسيب در سازه ها در جلوگيري از صدمات محتمل در آينده و بهبود عملكرد در جهت افزايش امنيت ساكنين و عمر مفيد سازه، نقش بسيار مهم و قابل توجهي دارد. در طي سال هاي اخير براي رسيدن به اين هدف، تلاش هاي بسيار زيادي به منظور ارائه روش هاي متنوع و كارآمد در اين زمينه انجام شده است. در بين روش هاي ارائه شده، روش هاي به روز رساني مدل مبتني بر پارامتر هاي مودال به دليل كارآيي مناسب، سهم بسيار زيادي از مطالعات را به خود اختصاص داده اند. در بيشتر روش هاي ارائه شده شناسايي آسيب، اساس كار بر مقايسه سازه و پارامتر هاي مودال مربوط به آن، قبل و بعد از آسيب استوار است. نداشتن اطلاعات دقيق اوليه سازه، اطلاعات محدود مودال سازه و وجود خطا در اطلاعات اندازه گيري شده از جمله محدوديت هايي است كه در اين روش ها وجود دارد. لذا بر اين اساس در تمامي روش هاي ارائه شده در نظر گرفتن محدوديت هاي ذكر شده امري ضروري و غير قابل اجتناب است. در اين مطالعه¬ چهار روش براي شناسايي آسيب موجود در سازه ها پيشنهاد شده است. در هر كدام از روش هاي پيشنهادي، يك تابع هدف مبتني بر پارامتر هاي مودال تعريف شده است. شبه انرژي كرنشي مودال، شكل مودي، جابجايي استاتيكي و ماتريس نرمي تعميم يافته به عنوان پارامتر هاي مودال در توابع هدف پيشنهادي مورد استفاده قرار گرفته اند. براي بهينه سازي توابع هدف پيشنهادي از چهار الگوريتم بهينه يابي فراابتكاري شعله و پروانه، ملخ، نهنگ و دسته¬ي پروانه ها استفاده شده است.براي ارزيابي عملكرد توابع هدف پيشنهادي محدوديت هاي اطلاعات مودال و اعمال نوفه بر روي پارامتر هاي مودال بدست آمده جهت شبيه سازي شرايط واقعي ارتعاش سازه، در نظر گرفته شده است. عملكرد توابع هدف پيشنهادي به همراه الگوريتم هاي بهينه يابي ارائه شده بر روي ده مثال عددي شامل انواع خرپاهاي دوبعدي و سه بعدي، قاب هاي خمشي دوبعدي و قاب هاي برشي مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين در شرايط آزمايشگاهي يك قاب برشي 6 طبقه ساخته شد و عملكرد توابع هدف پيشنهادي نيز بر روي اين مثال آزمايشگاهي مورد برررسي قرار گرفت. تمامي نتايج بدست آمده در روش هاي مختلف تشخيص ميزان و شدت آسيب در مثال هاي عددي و آزمايشگاهي، خطايي كمتر از ۲/۵ درصد را نشان مي دهند. نتايج بدست آمده در اين مطالعه حاكي از عملكرد دقيق توابع هدف پيشنهادي و همگرايي مناسب الگوريتم هاي بهيه يابي ارائه شده در شناسايي محل و ميزان آسيب است.

1398/06/17

Developing methods for damage detection, using modal data based on experimental study

8/27/2019 12:00:00 AM

Nowadays, timely identification of damage in structures in preventing future damage and improving the performance of structures to increase the safety of residents and the useful life of structures, has a very important and significant role. In recent years, many efforts have been made to reach this goal in order to provide diverse and effective methods in this regard. Among the methods presented, model updating methods based on modal parameters have a large contribution to the studies due to their proper functioning. In most of the proposed methods of identifying damage, the basis of the work is to compare the structure and modal parameters related to it before and after the damage. The lack of precise structural information, limited structural modal information, and the existence of errors in measured data are among the limitations in these methods. Therefore, in all of the proposed methods, taking into account the constraints mentioned is essential and inevitable. In this study, four methods for identifying damage to structures have been proposed. In each of the proposed methods, an objective function based on the modal parameters is set. Pseudo Modal strain energy, Mode shape, static displacement and generalized flexibility matrix were used as modal parameters in proposed methods. In order to optimize proposed methods, four meta-heuristic optimization algorithms which are Moth Flame Optimization (MFO), Grasshopper Optimization Algorithm (GOA), Whale Optimization Algorithm (WOA) and Moth Swarm Algorithm (MSA) have been used. In order to evaluate the performance of proposed methods, limited modal data and noise effects on modal parameters obtained for similar the actual condition of the vibration of the structure was considered. The function of proposed method along with optimization algorithms presented on ten numerical examples, including two-dimensional and three-dimensional trusses, two-dimensional moment frames and shear frames were evaluated. Also, in a laboratory setting, a six-story shear frame was constructed and investigated for evaluating the performance of proposed methods. All the results obtained in different methods of detecting the extent and severity of damage in numerical and experimental examples had an error of less than 2.5%. The results obtained in this study indicate the exact function of the proposed methods and the appropriate convergence of the proposed optimization algorithms to detect the location and extent of damage.