22226

شناسايي آسيب در سازه ها مبتني بر تركيب ماتريس نرمي و فركانس طبيعي سازه با استفاده از هيبريدهاي الگوريتم ازدحام ذرات

كارشناسي ارشد

زلزله

1399/1/31

دكتر غلامرضا قدرتي اميري

عمران

به دليل اهميت سياسي، اقتصادي و اجتماعي سازه‌هاي عمراني و لزوم حفظ كارايي آن‌ها، پايش سلامت سازه‌ها يكي از چالش‌هاي محققين در حوزه عمران قرارگرفته است. تشخيص به‌موقع آسيب مي‌تواند موجب كاهش خسارات مالي و جاني محتمل شود. آسيب در سازه با تغيير در مشخصات ديناميكي سازه همراه است و مي‌توان تغييرات به وجود آمده در سازه را مبني بر وجود آسيب فرض كنيم. ايده اصلي شناسايي آسيب در سازه اين است كه پارامترهاي مودال سازه مانند شكل مودها، ماتريس نرمي، فركانس طبيعي و انرژي كرنشي مودال تابع مشخصات فيزيكي سازه مانند جرم، ميرايي و سختي هستند. لذا در صورت وجود آسيب در سازه، سختي كاهش يافته در نتيجه خواص دينامكي و پارامترهاي مودال نيز تغيير خواهند كرد. بر همين اين اساس ، با مقايسه اطلاعات سازه سالم و آسيب‌ديده مي توان آسيب‌هاي محتمل را پيدا كرد. براي تعريف بهتر آسيب يك سري مدل بر اساس روابط فرض شده بين متغيرهاي ورودي و خروجي سيستم سازه‌اي تعريف مي‌شود كه به اين روش به‌روزرساني مدل مي گويند. روش به‌روزرساني مدل يك مسئله بهينه يابي است كه مدل اجزا محدود اوليه تا زماني كه تفاوت نتايج مدل و مقادير اندازه‌گيري شده به حداقل مقدار ممكن برسد به‌روزرساني مي‌شوند؛ براي بهينه يابي مدل هاي اجزا محدود مي‌توان از الگوريتم‌هاي بهينه يابي استفاده مي‌شود. در اين مطالعه، تابع هدف در نظر گرفته شده تركيبي از تابع هاي مبتني بر پارامترهاي ماتريس نرمي و فركانس طبيعي سازه است و از روش به‌روزرساني مدل استفاده شده است. براي بهينه يابي مسئله نيز از الگوريتم‌هاي فراكاووشي ازدحام جمعيت گرگ خاكستري (PSOGWO) و ازدحام جمعيت جستجوي گرانشي (PSOGSA) استفاده شده است. براي ارزيابي عملكرد روش پيشنهاد شده، شناسايي آسيب در سه سازه خرپاي مسطح 25 عضوي، قاب خمشي دو بعدي 27 عضوي و قاب برشي 15 طبقه مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد هر دو الگوريتم در شناسايي موقعيت و ميزان آسيب خوب عمل مي كنند. حداكثر خطا در خرپاي مسطح 25 عضوي با استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه يابي PSOGSA و PSOGWO حدود 1 درصد است. حداكثر خطا در قاب خمشي دو بعدي 27 عضوي با استفاده از الگوريتم‌هاي PSOGSA و PSOGWO به ترتيب حدود 1 درصد و 2 درصد است اين در حالي است كه در قاب برشي 15 طبقه اين ميزان تا 2.5 درصد افزايش مي يابد.

1399/06/30

Structural damage detection based on frequency and flexibility by using hybrids of Particle Swarm optimization algorithm

4/20/2021 12:00:00 AM

Due to the political, economic and social importance of civil structures and the need to maintain their efficiency, structural health monitoring has become one of the challenges for researchers in the field of civil engineering. Correct and early detection of the probable damage can prevent catastrophic financial and human losses. The basic idea of the vibration-based damage detection is that a damage, which arises in the form of a local stiffness loss in the structure, alters its dynamics characteristics, i.e., natural frequencies, mode shapes and modal damping. Since damage in the structure is accompanied by a change in the dynamic characteristics of the structure, we can assume that the changes are based on the presence of damage. based on the assumed relationships between the input and output variables of the structure a series of models are defined To define the structural damages, which this method is called the model updating method. Finite element (FE) model updating is one of the ways to identify the structural damage. The purpose of FE model updating is to modify the dynamic parameters of the numerical model in order to obtain better agreement between numerical results and test data.metaheuristic algorithms can be used to optimize finite element models. In this study, the model updating method has been used to identify structural damages, a new objective function based on flexibility matrix and frequncy is presented and PSOGWO and PSOGSA Algorithms are used to optimize the FE model. To evaluate the performance of the proposed method, damage detection in three structures are studied. These cases include,a 2D-Truss structure with 25 elements, a 2D-frame structure with 27 elements and a 2D-Shear Frame structure with 15 stories. The results show that both algorithms by the proposed objective function work well in identifying the location and extent of damages.