شماره ركورد
34675
پديد آورنده
هانيه شيرين
عنوان
مدل سازي خستگي پل ها با استفاده از يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران-سازه
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/11/28
استاد راهنما
وحيد بروجرديان
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
خستگي و رشد ترك از مهمترين عوامل كاهش عمر بهرهبرداري و ايمني در پلها تحت بارگذاري چرخهاي محسوب ميشوند. اگرچه قانون Paris به عنوان يكي از روابط كلاسيك مكانيك شكست بهطور گسترده براي پيشبيني نرخ رشد ترك بهكار ميرود، استفاده از آن در مدلهاي اجزاي محدود با مقياس بزرگ مستلزم استخراج مكرر پارامترهاي شكست و صرف هزينه محاسباتي قابل توجه است. علاوه بر اين، كيفيت و كارايي دادههاي مورد استفاده در مدلهاي دادهمحور نقش تعيينكنندهاي در دقت پيشبيني دارند. نوآوري اصلي اين پژوهش در توسعه يك چارچوب دادهمحور براي توليد ديتاست باكيفيت از تحليلهاي عددي و استفاده از آن جهت جايگزيني قانون پاريس با يك مدل يادگيري ماشين نهفته است. بدين منظور، يك شاهتير فولادي مياني پل در نرمافزار Abaqus تحت بارگذاري خستگي متحرك مدلسازي شد و تركهايي با طولهاي اوليه مختلف از طريق اسكريپتنويسي پايتون به مدل اعمال گرديد. پارامترهاي استخراجشده از تحليلهاي عددي، بهمنظور حذف دادههاي تكراري و تمركز بر نواحي بحراني رشد ترك، با استفاده از روشهاي خوشهبندي پردازش شدند و بدين ترتيب يك ديتاست هدفمند و بهينه براي آموزش مدل فراهم گرديد. در ادامه، يك شبكه عصبي پرسپترون چندلايه (MLP) براي پيشبيني نرخ رشد ترك آموزش داده شد تا بهعنوان جايگزيني كارآمد براي قانون پاريس عمل كند. ارزيابي مدل بر روي دادههاي ديدهنشده نشان داد كه رويكرد پيشنهادي ضمن حفظ دقت پيشبيني، موجب كاهش وابستگي به محاسبات تكراري مكانيك شكست و افزايش كارايي محاسباتي ميشود.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/01/30
عنوان به انگليسي
Fatigue Modeling of bridges using machine learning
تاريخ بهره برداري
2/17/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
هانيه شيرين
چكيده به لاتين
Fatigue-induced crack propagation represents a primary threat to the structural integrity and operational longevity of bridges subjected to cyclic loading. While the Paris Law remains a cornerstone of classical fracture mechanics for predicting fatigue crack growth rates, its integration into large-scale Finite Element (FE) simulations is often hindered by the prohibitive computational expense of iterative parameter extraction.
Moreover, the predictive performance of data-driven surrogates is heavily contingent upon the quality and representativeness of the underlying datasets. The core contribution of this study is the development of a robust data-driven framework designed to generate high-fidelity datasets from numerical simulations, subsequently replacing the conventional Paris Law with a machine learning-based surrogate model.
Accordingly, a representative interior steel bridge girder was developed in Abaqus under dynamic fatigue loads, with crack geometries of varying initial lengths automated via Python scripting. To enhance data efficiency, clustering techniques were employed to filter redundant information and emphasize critical crack growth regimes, resulting in an optimized dataset for training. A Multi-Layer Perceptron (MLP) neural network was then implemented to predict crack growth rates as a computationally efficient proxy for the Paris Law. Performance metrics on unseen datasets indicate that the proposed methodology significantly enhances computational throughput and reduces reliance on complex fracture mechanics derivations without compromising predictive precision.
كليدواژه هاي فارسي
خستگي , مكانيك شكست , يادگيري ماشين , قانون پاريس , پل
كليدواژه هاي لاتين
Fatigue , Fracture Mechanics , Machine Learning , Bridge , Paris Law
Author
Hanieh Shirin
SuperVisor
Vahid Broujerdian