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 سازیاین 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