شناسایی خرابی در سازه ها با استفاده ازپاسخ های حوزه زمان و یک روش بهینه سازی

توضیحات

شناسایی خرابی در سازه ها با استفاده ازپاسخ های حوزه زمان و یک روش بهینه سازی
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چکیده
شناسايي مقدار و محل خرابی در سازه ها بسیار حائز اهمیت است. با استفاده از روش هاي شناسایی خرابی در سازه ها می توان موقعیت خرابی را شناسايي و با انجام اقدامات ترمیمی لازم، از گسترش آسیب جلوگیری نموده و عمر سازه را افزايش داد. در این پایان نامه، ابتدا مسئله تعیین موقعیت و شدت خرابی در سازه به شکل یک مسئله بهینه سازی بیان مي شود. بدین صورت که با استفاده از شتاب های سازه آسيب ديده و شتاب های تحلیلی که از روش نیومارک بدست می­آیند، تابع هدف در بهينه سازي تعريف مي شود. خرابی به صورت کاهش مدول الاستیسته اعضای سازه شبیه سازی می­شود. سپس مسئله خرابي که تبدیل به یک مسئله بهینه سازی شده است را با الگوریتم تکامل تفاضلی حل نموده تا موقعيت و شدت دقیق خرابی در سازه تعيين شود. بمنظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، تعدادی مثال عددی و یک مثال آزمایشگائی ارائه شده است. در این مطالعه تنها از دو حساسه[1] در مدل­های تئوری و آزمایشگاهی استفاده شده و با استفاده از تنها دو درجه آزادی از پاسخ­های حوزه زمان توانستیم نشان دهیم که کارایی روش پیشنهادی جهت تعیین دقیق مکان و شدت خرابی با در نظر گرفتن اثر نویز بسیار خوب می­باشد.
واژه های کلیدی: شناسایی خرابی، پاسخ های حوزه زمان، بهینه سازی، الگوریتم تکامل تفاضلی
فهرست مطالب
فصل اول: کلیات.. 1
1-1 مقدمه.. 2
1-2 سابقه تحقیق.. 3
1-3 تعریف مسئله.. 5
1-4 فرضیات تحقیق.. 6
1-5 اهداف پیش‌بینی‌شده در این پایان‌نامه.. 6
1-6 ساختار پایان‌نامه.. 7
فصل دوم : شناسایی آسیب در سازه‌ها.. 8
2-1 مقدمه.. 9
2-2 اهمیت آشکارسازی آسیب در سازه‌ها.. 9
2-3 تعریف آسیب در سازه‌ها.. 10
2-4 اشکال مختلف آسیب در سازه‌ها.. 11
2-5 روش‌های شناسایی آسیب در سازه‌ها.. 12
2-6 آشکارسازی خرابی با استفاده از داده‌های دینامیکی.. 15
2-6-1 آشکارسازی آسیب با استفاده از فرکانس‌های طبیعی.. 17
2-6-2 روشهای مبتنی بر بررسی تغییرات شکل مود.. 24
2-6-3 شناسایی آسیب با روش سختی.. 26
2-6-4 آشکارسازی آسیب با استفاده از روش نرمی.. 28
2-6-5 روش انرژی کرنشی مودال.. 31
2-6-6 آشکارسازی خرابی با استفاده از پاسخ فرکانسی.. 35
فصل سوم : مطالعه حاضر.. 37
3-1 مقدمه.. 38
3-2 کاربرد پاسخ در حوزه زمان جهت شناسایی خرابی.. 39
3-3 معرفی روابط اجزاء محدود.. 42
3-3-1 المان تیر.. 42
3-3-2 المان قاب.. 43
3-4 شناسایی خرابی با روش بهینه‌سازی.. 46
3-4-1 تابع هدف.. 46
3-4-2 الگوریتم تکامل تفاضلی.. 47
3-5 مراحل اجرای روش شناسایی خرابی پیشنهادی.. 49
فصل چهارم : مثال های عددی و تجزیه وتحلیل نتایج.. 51
4-1 مقدمه.. 52
4-2 بررسی نتایج عددی بدون درنظرگرفتن اثر نویز.. 53
4-2-1 تیر طره 15 المانی.. 53
4-2-2 تیر طره 20 المانی.. 58
4-2-3 تیر با دو تکیه گاه ساده24 المانی.. 63
4-2-4 قاب 15 المانی.. 68
4-3 بررسی نتایج با اعمال نویز اندازه‌گیری.. 73
4-3-1 تیر طره 15 المانی.. 74
4-3-2 تیر طره 20 المانی.. 79
4-3-3 تیر با دو تکیه گاه ساده24 المانی.. 84
4-3-4 قاب 15 المانی.. 88
4-4 نتایج آزمایشگاهی.. 93
4-4-1 بررسی مثال آزمایشگاهی.. 95
فصل پنج: نتایج و پیشنهادات.. 100
5-1 مقدمه.. 101
5-2 نتيجه­گيري.. 101
5-3 پیشنهادات.. 101
منابع..........................................................................................................................................................107
فهرست جداول
جدول ‏4‑1 پارامترهای مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 53
جدول ‏4‑2 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیر طره 15 المانی.. 54
جدول ‏4‑3 پارامترهای مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 58
جدول ‏4‑4 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیر طره 20 المانی.. 59
جدول ‏4‑5 پارامترهای مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 64
جدول ‏4‑6 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به تیرساده 24 المانی.. 65
جدول ‏4‑7 پارامترهای مورد نیازبرای بهینه‌سازی.. 69
جدول ‏4‑8 حالت های آسیب‌دیدگی اعمال‌شده به قاب 15 المانی.. 70
فهرست اشکال
شکل ‏1‑1 نیروی اعمالی و شتاب‌های به‌دست‌آمده.. 6
شکل ‏3‑1 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در کل بازه.. 41
شکل ‏3‑2 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در بازه 0.1 تا 0.2 41
شکل ‏3‑3 پاسخ های شتاب در سازه سالم و خراب در بازه 0.3 تا 0.5 42
شکل ‏3‑4 قطعه تیر همراه با نیروها جابجایی‌ها درمختصات گرهی.. 43
شکل ‏3‑5 المان قاب وجابجایی‌ها درمختصات گرهی.. 44
شکل ‏3‑6 فرایند عمومی الگوریتم تکامل تفاضلی.. 47
شکل ‏3‑7 بار وارد شده به سازه.. 50
شکل ‏3‑8 نیروی اعمالی و شتاب‌های به‌دست‌آمده.. 50
شکل ‏4‑1 مدل تیر طره با اعمال آسیب‌دیدگی به اعضای 4 و 12.. 54
شکل ‏4‑2 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی 55
شکل ‏4‑3 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی.. 55
شکل ‏4‑4 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2در تیر 15 المانی 56
شکل ‏4‑5 : نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در تیر 15 المانی.. 56
شکل ‏4‑6 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر 15 المانی 57
شکل ‏4‑7 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر 15 المانی.. 57
شکل ‏4‑8 مدل تیر طره 20 المانی.. 59
شکل ‏4‑9 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر20المانی.. 59
شکل ‏4‑10 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1 در تیر20المانی.. 60
شکل ‏4‑11 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر20المانی 60
شکل ‏4‑12 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2 در تیر20المانی.. 61
شکل ‏4‑13 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر20المانی 61
شکل ‏4‑14 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر20المانی.. 62
شکل ‏4‑15 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 4 در تیر20المانی 62
شکل ‏4‑16 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی4 در تیر20المانی.. 63
شکل ‏4‑17 مدل تیر با تکیه ساده به همراه سطح مقطع آن.. 63
شکل ‏4‑18 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر24المانی.. 65
شکل ‏4‑19 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1 در تیر24المانی.. 66
شکل ‏4‑20 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر24المانی 66
شکل ‏4‑21 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2 در تیر24المانی.. 67
شکل ‏4‑22 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر24المانی 67
شکل ‏4‑23 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر24المانی.. 68
شکل ‏4‑24 مدل قاب 15المان.. 69
شکل ‏4‑25 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی 70
شکل ‏4‑26 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی.. 71
شکل ‏4‑27 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی 71
شکل ‏4‑28 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی.. 72
شکل ‏4‑29 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی 72
شکل ‏4‑30 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی.. 73
شکل ‏4‑31 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 75
شکل ‏4‑32 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 75
شکل ‏4‑33 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 76
شکل ‏4‑34 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 76
شکل ‏4‑35 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر 15 المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 77
شکل ‏4‑36 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 77
شکل ‏4‑37 بررسي پارامتر F در نحوه همگرايي تیرطره 15 الماني.. 78
شکل ‏4‑38 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر20المانی با درنظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 79
شکل ‏4‑39 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 80
شکل ‏4‑40 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 80
شکل ‏4‑41 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 81
شکل ‏4‑42 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 81
شکل ‏4‑43 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 82
شکل ‏4‑44 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 4 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 82
شکل ‏4‑45 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی4 در تیر20المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 83
شکل ‏4‑46 بررسي پارامتر CR در نحوه همگرايي تیرطره 20 الماني.. 84
شکل ‏4‑47 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 85
شکل ‏4‑48 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی1 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 85
شکل ‏4‑49 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 86
شکل ‏4‑50 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی2 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 86
شکل ‏4‑51 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 87
شکل ‏4‑52 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی3 در تیر24المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 87
شکل ‏4‑53 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 88
شکل ‏4‑54 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 1 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 89
شکل ‏4‑55 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 89
شکل ‏4‑56 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 2 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 90
شکل ‏4‑57 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 90
شکل ‏4‑58 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نویز اندازه‌گیری3%.. 91
شکل ‏4‑59 نیروی سینوسی وارده به سازه.. 92
شکل ‏4‑60 پیش‌بینی محل خرابی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نیروی سینوسی و نویز اندازه‌گیری3%.. 92
شکل ‏4‑61 نمودار همگرایی الگوریتم تکامل تفاضلی برای حالت خرابی 3 در قاب 15 المانی بادر نظرگرفتن نیروی سینوسی و نویز اندازه‌گیری3%.. 92
شکل ‏4‑62 تکیه گاه گیر دار مدلسازی شده در آزمایشگاه.. 93
شکل ‏4‑63 حساسه­های مورد استفاده در آزمایشگاه.. 94
شکل ‏4‑64 دستگاه تست مودال به همراه چکش ضربه.. 94
شکل ‏4‑65 نتایج حاصله از ضربه چکش و برداشت حساسه ها در نرم افزار 95
شکل ‏4‑66 خرابی ایجاد شده بر روی تیر آزمایشگاهی.. 96
شکل ‏4‑67 محل اثر ضربه و محل قرار گیری حساسه ها.. 96
شکل ‏4‑68 چکش به همراه سه سر آن.. 97
شکل ‏4‑69 برداشت شتاب توسط نرم افزار.. 98
شکل ‏4‑70 شبیه سازی تکیه گاه همانند فنر.. 99
شکل ‏4‑71 پیش‌بینی محل خرابی برای خرابی در تیرطره 10 المانی در آزمایشگاه 99
1- Sensor