پایان نامه با کلید واژه های استاندارد، اطلاعات مربوط، درجه حرارت

مصنوعی
شبکه عصبی مصنوعی
آموزش شبکه انتشار معکوس
تاخیر زمانی شبکه عصبی
شناسایی سیستم شبکه عصبی با تشخیص آسیب شبکه عصبی
روش پردازش سیگنال
شکل مودی
تبدیل موجک
تبدیل منحنیک4
تاریخچه زمانی پاسخ
تبدیل فوریه
سایر روشها
تحلیل تاریخچه زمانی
ارزیابی تابع پاسخ فرکانسی(FRF)
در مراجع[2-6] بررسی کامل و طبقهبندی کلى از روشهاى موجود در تشخیص آسیب که با استفاده از بررسى تغییرات در مشخصات دینامیکى سازه کار مىکنند، آورده شده است. همانگونه که در مرجع [7] ذکر گردیده، اولین بار در سال 1932 باک براى پیدا کردن آسیب در سازههای بتنى با استفاده از بررسى تغییرات در مشخصات دینامیکى آنها اقدام نمود. بر اساس آنچه در مرجع [6] بیان گردیده روشهایی که بر اساس بررسى ویژگیهاى ارتعاشى( دینامیکی) سازه برای تشخیص و تخمین آسیب کار مىکنند را مىتوان به صورت زیر طبقهبندى کرد: روشهاى مبتنى بر استفاده از فرکانس رزونانس، اشکال مودی، تابع پاسخ فرکانسى (FRF)، انحناى اشکال مودی، انرژى کرنشى مودى، نرمى دینامیکى، میرایى، آنتى رزونانس، بردارهای ریتز، مدلهاى خانواده ARMA بررسى غیرخطى شدن، تحلیلهاى زمان- فرکانس، به روز کردن مدل المان محدود، تئورى انتشار امواج و… . برخی محققان نیز سعی در تشخیص و تخمین آسیب یا بروز کردن مدل با اطلاعات ناقص داشتهاند[8 و9].
در این قسمت به تعدادى از روشهای ارائه شده در زمینه استفاده از دادهها براى تشخیص آسیب سازه اشاره مىشود. براى مطالعه جامعتر در رابطه با روشهای متداول در زمینه تشخیص آسیب، مىتوان به مراجع[2, 5] مراجعه نمود.
2-2- شناسایی آسیب با استفاده از آنال‍یز تحل‍یل‍ی با فرایند معکوس
وقت‍ی م‍یخواه‍یم برخ‍ی کم‍یتهای ف‍یزیک‍ی را برآورد کن‍یم ول‍ی امکان اندازهگیری مستق‍یم آنها وجود ندارد، با بکارگیری روش غ‍یر مستق‍یم (معکوس) از طریق کم‍یتهای دیگر که قابل اندازهگیری هستند، مقدار این کم‍یتها را محاسبه میکن‍یم. م‍یتوان گفت که مسائل معکوس م‍یتوانند از طریق اطلاعات مربوط به نتایج آزمایشات‍ی که روی س‍یستمهای سازهای انجام م‍یگ‍یرد، اینگونه س‍یستمها را که دارای خواص نامعلوم مواد، هندسه نامشخص و شرایط مرزی نامعلوم هستند را شناسایی کنند. لذا آنال‍یز معکوس معمولاً به عنوان تکنیک‍ی تعریف م‍یشود که م‍یتواند پارامترهای کنترل کننده یک س‍یستم را از آنال‍یز رفتار خروج‍ی آن س‍یستم تع‍ی‍ین کند. فرایندهای معکوس در شناسایی س‍یستمها در کل به دو دسته روشهای محاسبه سخت5 و محاسبه نرم6 تقس‍یم م‍یشوند:
2-2-1- روشهای محاسبه سخت
تقریباً همه روشهای محاسبات‍ی مبتن‍ی بر ریاضیات تحت عنوان روشهای محاسبه سخت نامگذاری م‍یشوند که شامل روشهای معکوس مبتن‍ی بر ریاضیات ن‍یز م‍یشود. ن‍یاز به دقت، مهمترین تفاوت روشهای محاسبه سخت و محاسبه نرم میباشد. چون روشهای مبتن‍ی بر ریاضیات ن‍یاز به دقت بالای‍ی دارند که این دقت از مفاه‍یم ریاضی ناش‍ی م‍یشود. محدودیتی که این روشها دارند این است که تعداد زیادی از مسائل بزرگ و مهم را نمیتوان با روشهای ریاضی موجود حل شوند. یک مشخصه مهم حل مسائل معکوس به روش ریاضی، این است که آنها اغلب یا قابل حل ن‍یستند یا اینکه حل واحد ریاضی ندارند و علاوه بر آن پاسخ مسئله به دقت دادههای ورودی بس‍یار حساس م‍یباشد. پاسخ اندازهگیری شده س‍یستم ممکن است اطلاعات کاف‍ی نداشته باشند تا بتواند بطور واحد پارامترهای س‍یستم را مشخص کند و در نت‍یجه ممکن است حلهای متفاوت‍ی وجود داشته باشد که مسئله را ارضا نماید. در واقع روشهای معکوس محاسبه سخت بر پایه معکوس کردن مدل ریاضی ب‍یان کننده رفتار ف‍یزیک‍ی آن س‍یستم استوار است[10].
2-2-2- روشهای محاسبه نرم
این گونه روشها، از روشهای محاسبات‍ی ب‍یولوژیک‍ی7 که در طب‍یعت وجود دارد، الهام گرفته شدهاند. طب‍یعت روشهای خ‍یل‍ی موثری برای حل مسائل معکوس ارائه کرده است و روشهای محاسبه نرم از این روشها پ‍یروی میکنند. این روشها معمولاً شامل روشهای شبکههای عصب‍ی و الگوریتم ژنتیک‍ی و منطق فازی م‍یشود[10]. روشهای معکوس مبتن‍ی بر ریاضیات در مسائل معکوس، خ‍یل‍ی مطلوب ن‍یستند، اما روشهای محاسبه نرم قابل‍یتهای‍ی دارند که برای حل مسائل معکوس مناسب هستند. روشهای محاسبه نرم دارای رواداریهای غیردق‍یق هستند. برای مثال یک شبکه عصب‍ی چند لایه با تغذیه مستق‍یم یک ارتباط تابع‍ی را ارائه میکند که فقط انتظار م‍یرود آن ارتباط را بطور تقریبی آموزش بب‍یند، اگر چه سطوح مختلف تقریب م‍یتواند بدست آید. س‍یستمهای ب‍یولوژیک‍ی به عنوان روشهای خ‍یل‍ی موثر برای برخورد با مشکلات روشهای محاسبه سخت توسعه یافتهاند. دیگر مشخصه ذات‍ی روشهای محاسبه نرم این است که آنها عموم‍یت ندارند. مثلاً در روشهای محاسبه نرم مثل شبکههای عصب‍ی، شبکه آموزش م‍یب‍یند که روابط را برای محدوده معمول‍ی بردارهای ورودی برقرار کند، در حال‍ی که توابع ریاضی برای همه مقادیر ممکن متغ‍یرهایش عموماً معتبر هستند. مشخصه سوم روشهای محاسبه نرم این است که آنها یکتا ن‍یستند در حال‍ی که توابع ریاضی یکتا هستند. به عنوان مثال در شبکههای عصب‍ی، شبکههای عصب‍ی زیادی با تعداد مختلف‍ی از لایههای پنهان م‍یتوانند ارتباط مشابه‍ی ارائه کنند. غ‍یریکتای‍ی شبکه عصب‍ی نت‍یجه مستق‍یم رواداریهای غ‍یردق‍یق آنها م‍یباشد[10].
2- 3- تغییر در خصوصیات مودى
یکى از روشهاى متداول در تشخیص، تعیین محل و میزان آسیب (تخمین) موجود در سازهها یا سیستمهاى مکانیکى، استفاده از تغییرات ایجاد شده در پاسخ نوسانى، خصوصا پارامترهاى مودى آنهاست. این شاخه از مطالعات در 30 سال اخیر سرعت بیشترى یافته است. ایده اصلى موجود در این روش آنست که پارامترهاى مودى سیستم شامل فرکانسها، اشکال مودى و میرایى تابعى از خصوصیات سیستم بوده و چنانچه هر تغییری در مشخصات سیستم ایجاد شود، این تغییر در خصوصیات مودى منعکس مىگردد. شاید این سوال در ذهن ایجاد گردد که “چرا با وجود مشهود بودن تاثیر آسیب بر خصوصیات مودى سازه، سالهاى زیادى طول کشیده است تا شناسایى آسیب با استفاده از این روش به صورت استاندارد درآید؟” پاسخ به این سوال به پیچیدگیهاى اجراى این روش در عمل بستگى دارد. مثلاً براى یک سیستم خطى خصوصیات مودى مستقل از خواص تحریک (فرکانس و دامنه) و همچنین محل اعمال تحریک است، درحالیکه تاریخچه زمانىهای بدست آمده چنین نخواهد بود. همچنین تعیین خصوصیات مودى مربوط به مودهاى نزدیک به هم بسیار دشوار مىباشد. این مشکل در فرکانسهاى بالاى طیف پاسخ سازه به جهت تراکم مودی بالاتر، بیشتر به چشم مىخورد. گذشته از مسائل ذکر شده، عواملى نظیر خطاهای استاندارد ناشى از نمونه بردارى (وضوح فرکانسى محدود)، انتخاب پنجره دادهها و همچنین تغییرات شرایط محیطى در حین انجام آزمایش سبب خواهد شد تا پارامترهاى مودى بدست آمده نتوانند به خوبى بیانگر خصوصیات سازه باشد. از آنجا که بیشتر مشکلات روشهاى مختلفى در تشخیص مشخصات مودى مربوط به مودهاى بالاتر است لذا ممکن است در بسیارى از موارد قادر به تشخیص آسیبهاى موضعى ایجاد شده در سازه نباشیم. با مشاهده این دو مورد ذکر شده، سوال دیگری ممکن است مطرح شود که “چرا از همان نتایج تاریخچه زمانى ثبت شده بطور مستقیم استفاده نمىشود؟” پاسخ به این سوال موجب شده است تا در سالهاى اخیر روشهاى متفاوتى مورد استفاده قرارگیرد. اما هنوز روش بىنقصى جهت استفاده مستقیم از دادهها ارائه نشده است. شی هو وای در سال 2009 در رساله دکتری خود از تغییرات مشخصات دینامیکی (میرایی، فرکانس و اشکال مودی) برای تشخیص آسیب در سازهها استفاده نمود و با استفاده از روش تلفیقی انرژی کرنشی و مودال نرمی، آسیب و مقدار آن را در سازه شناسایی نمود[11].
2- 3- 1- تغییر فرکانس
متداولترین روش عمومى شناسایى آسیب در سازهها با استفاده از خصوصیات مودی، تغییرات ایجاد شده در فرکانسهاى مودهاى مختلف آنهاست. مطالعات نشان داده است که وقوع آسیب در سازه سبب کاهش سختى و درنتیجه افزایش پریود طبیعى سازه مىگردد و از سوى دیگر تغییراتى در اشکال مودى آن ایجاد مىنماید[12]. ولى یک مشکل اساسی در استفاده از این روش، تغییرات ایجاد شده در خواص مودى سازه ناشى از عواملى غیر از آسیب است. بطور مثال، تغییرات درجه حرارت، رطوبت و… ممکن است فرکانس طبیعى سیستم را تحت تاثیر قرار دهد[13]. در همین زمینه، کاولى[14] نشان داد تغییرات فرکانس سازه بیش از آسیب، تابع شرایط دیگر است. مدلهاى تحلیلى وى نشان داد که تغییر فرکانس اصلى در یک تیر در اثر بریدگى (آسیب) به عمق 2% ارتفاع مقطع تیر، حدود 40 برابر کوچکتر از افزایش طول تیر ناشى از تغییر دما به میزان 2% است. یعنى تغییرات در شرایط محیطى، مرزی و دماى سازه مىتواند اثرات مهمترى از آسیب در فرکانس داشته باشد. همچنین کایرمیجیان و همکارانش[15] به بررسى تاثیر عوامل محیطى مانند ارتعاشات محیطى، تغییرات دما و رطوبت بر آسیب سازهها پرداختند. آنها با تعلیم فیلترى مبتنى بر حداقل میانگین مربعات و تعریف تابع دما، تغییرات آسیب در سازه پلى در ایالت نیومکزیکو را مورد مطالعه قراردادند. آنها دریافتند که فرکانس مود اول حتى در مدت 24 ساعت داراى حدود 5 % تغییر است که این میزان تغییر از تغییرات فرکانس طبیعى ناشى از آسیب معمول در سازهها بیشتر مىباشد. بنابراین براى استفاده از این روش، لازم است تا تغییرات ایجاد شده ناشى از عوامل غیرآسیب (نوفه) در مقابل تغییرات ناشى از آسیب ناچیز باشد. بنابراین به دلیل کاهش اثر عوامل محیطى بر فرکانس است که بررسى رکورد ثبت شده در سازه در حین زلزله مفید مىباشد، زیرا در طول رکورد عوامل محیطى ثابت بوده و تغییر فرکانس کمتر تحت تاثیر عوامل محیطى مىباشد. البته تغییر فرکانس طبیعى سازه ناشى از آسیب ایجاد شده در آن مىتواند بین 1تا 30 درصد تغییر داشته باشد. البته چنانچه عضو تخریب شده در مود اولیه سازه تغییرشکل نداشته باشد، حتى حذف آن تاثیرى بر فرکانس و شکل مودى نخواهد داشت. از سوى دیگر ممکن است المانى به حدى مهم باشد که حذف آن موجب ناپایدارى سازه گردد. در سازههاى بتنى که قسمت اعظم سختى ناشى از بتن بوده و میلگردهاى فولادى تاثیر چندانى بر آن ندارند، تخریب میلگردهاى فولادى تاثیر ناچیزی بر فرکانس طبیعى سازه خواهد داشت[16].
در سال 1991، هرن و تستا [17] روشى را بر اساس کنترل نسبت تغییرات فرکانس براى مودهاى مختلف ارائه نمودند. اسگودا و همکارانش[18] تغییرات خصوصات دینامیکى یک سکوى دریایی را در اثر آسیب بررسى نمودند. آنها نشان دادند فرکانسهاى طبیعى با ظهور آسیب کاهش مىیابند و این کاهش بیش از بزرگى انحراف معیار اندازهگیرى است. فاکس[19] در سال 1992 با استفاده از دادههاى تحلیلى و آزمایشگاهى روی یک تیر نشان داد که تغییرات فرکانس طبیعى مشخصه خوبى براى تشخیص یک برش دندانهى در تیر نیست. آزمایشات نشان دادند که در بعضى از موارد پس از ایجاد آسیب، فرکانس برخى از مودها افزایش مىیابد. این افزایش به عدم دقت در روشهاى استفاده شده براى تخمین فرکانس ارجاع داده شد. مککلر و همکارانش[20] در سال 1994، یک راه حل ریاضى براى تغییر فرکانسهاى تیرى که داراى سوراخ است، ارائه نمودند. آنها حداقل اندازه ترک قابل تشخیص در مدل سوراخدار را که مىتوان با استفاده از تغییرات فرکانس تثسخیص داد، ده درصد ارتفاع تیر محاسبه نمودند.
سالاوو [21] یک مطالعه کامل درباره تشخیص آسیب با استفاده از بررسى تغییرات فرکانس انجام داده است. اما به طور کلى بررسى تغییرات فرکانس به تنهایى، در تمامى موارد قادر به تشخیص آسیب نمىباشد. همچنین

مطلب مرتبط با این موضوع :  مقاله با موضوعوجود رابطه، وجود رابط

دیدگاهتان را بنویسید