پایان نامه با کلید واژه های اطلاعات مربوط، آزمون و خطا، درجه حرارت

موارد پرداخته شده است. البته پارامترها و سایر ضرایب در حل مثالها از روش آزمون و خطا بدست آمده است.
فصل چهارم- روشهای پیشنهادی تشخیص آسیب در سازه با الگوریتمهای تکاملی
4-1- مقدمه
آسیب در سازه به هر علتی که باشد، رخداد آن سبب تغییر مشخصات و رفتار سازه مىگردد. همچنین گذشت زمان و شرایط محیطى نیز سبب فرسایش و زوال مصالح سازهها و نتیجتاً تغییر مشخصات آنها مىگردد. موارد مذکور سبب شده است تا شناسایى خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب موجود در آن (شدت، نوع، زمان و محل آسیب) و پایش سلامت سازه به یکى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد.
عوامل مختلف‍ی وجود دارد که باعث م‍یشوند در بعض‍ی از پلها پایان عمر مف‍ید و آسیب زود رس به وجود آید و حت‍ی در بعض‍ی از سازه پلها، بصورت ناگهانی عمر مف‍ید سازه به پایان برسد و فجایع تکان دهندهای مانند آنچه برای پل رودخانه تاکوما45 در ایالات متحده آمریکا در نوامبر 1940 رخ داد و یا حادثهای که برای پل راه آهن امترک46 در جنوب شرق‍ی همان کشور در سال 1993 رخ داد به وقوع بپ‍یوندد. این به معنای هزینه کردن مجدد برای ساخت پل جدید میباشد. البته مسلماً در ه‍یچ شرایط‍ی جبران تلفات انسان‍ی امکان پذیر ن‍یست.
پایش سلامت سازهای در مهندسی سازه، با توجه به ساخت سازههای مهم و خاص، از اهمیت ویژهای برخوردار شده است. بنابراین بحث آشکارسازی آسیب در سازههای عمرانی نظیر پلها و ساختمانها از مباحث روز مهندسی محسوب میشود. همچنین تشخیص آسیب در مراحل اولیه آن سبب کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات بعدی خواهد بود.
در اغلب مراجع، آسیب را تغییر در کارایی موجود سازه معرفی میکنند. بنابراین تعریف آسیب بدون مقایسه بین دو حالت یک سازه ( سازه سالم و آسیب دیده) بیمعنی است. آسیب را میتوان با محل و شدت و زمان بیان نمود و زمان آسیب ممکن است به طور تدریجی صورت گیرد، مثل خستگی یا خوردگی، و یا به صورت یکباره رخ دهد. لازم به ذکر است که تمام آسیبها از سطح مصالح آغاز میشود و پس از بارگذاری، به آسیب در اجزا و نهایتاً آسیب در کل سیستم منجر میشود.
بنابراین آسیب ایجاد تغییر دائم در مشخصات سازه از جمله سختى، مقاومت، خصوصیات دینامیکى و یا کاهش سطح عملکرد سازه نسبت به حالت اولیه آن مىباشد. با علم به اینکه مقدار آسیب علاوه بر محل آن مهم میباشد، به نظر میرسد برآورد مقدار آسیب بر اساس دادههای استاتیکی علاوه بر دادههای دینامیکی میتواند اهمیت فراوانی داشته باشد.
در سایر مطالعات همانگونه که در بخش تاریخچه به آنها اشاره گردید، به طور عمده بر اساس دادههای دینامیکی سازه، موقعیت و مقدار آسیب تشخیص داده شده است که در اینگونه محاسبات به اطلاعات و پارامترهای بیشتری مانند فرکانس، مود شکل، جرم و سختی برای شبیهسازی سازه و رفتار آن نیاز است. همچنین میتوان گفت در هر بار بایستی تحلیل مودال مجدد صورت پذیرد که گاهی زمان بیشتری میطلبد. اثرات و مقدار نوفه نیز در این تحلیلها تاثیر بیشتری دارند. لذا در روش اول پیشنهادی به تشخیص آسیب با دادههای استاتیکی پرداخته شده است.
همان طور که ذکر شده مسئله آشکارسازی آسیب مبتنی بر یک روش بهینهیابی در نظر گرفته میشود. روشهای بهینهیابی خود میتواند برای بهینه نمودن پارامترهای مختلف استفاده گردد. در اینجا از بهینهیابی تابع هدف استفاده خواهد شده و متغیرهای تابع هدف مقدار آسیب در هر یک از اعضای سازه در نظر گرفته میشود. لازم به ذکر است که تابع هدف میتواند تابعی از جرم، سختی، میرایی و غیره باشد. در واقع برای این کار از اعمال آسیب در المان یا المانهایی خاص سختی را a% کاهش داده بدین معنی که a% آسیب وارد شده است. ماتریس سختی کلی خود از المانهای سازهای (با اعمال کاهش سختی در برخی از آنها) تشکیل یافته است. تابع هدف به صورت تابعی از مشخصات سازه سالم و آسیب دیده در نظر گرفته میشود. در نهایت برای بهینهیابی از روشهای تکاملی استفاده میشود. با استفاده از الگوریمهای متفاوت میتوان بهترین جواب شناسایی آسیب را با در نظرگیری تابع هدف انتخابی یافت. با توجه به الگوریتمهای تکاملی موجود برخی از این الگوریتمها انتخاب گردیده و سپس برای رسیدن به تشخیص آسیب دقیقتر از الگوریتمهای بیان شده بهره جسته شد. جزئیات بیشتر در ادامهی فصل ارائه گردیده است.
4-2- روش پیشنهادی اول- استفاده از اطلاعات استاتیکی برای تشخیص آسیب
در روش پیشنهادی اول از اطلاعات استاتیکی برای تشخیص آسیب در پلها استفاده شده است. از آنجا که اعمال بارهای استاتیکی برای سازههای مختلف نظیر قابها دشوار است، اما اعمال آن برای سازههای خرپایی شکل که معمولا در پلها نیز استفاده میشود، آسان است. لذا یکی از دلایل مهم جهت ارائه این روش برای تشخیص آسیب در پلها همین موضوع میباشد.
4-2-1- فرضیات در استفاده از دادههای استاتیکی
هر پژوهشی با فرضیات اساسی انجام میشود. برخی فرضیات معمولا در مدلسازی سازهها در نظر گرفته میشود که اغلب با در نظرگیری آنها با تخمین قابل قبولی رفتار واقعی سازه مدلسازی میشود. در این پژوهش نیز فرضیاتی در نظر گرفته خواهد شد. البته این فرضیات با فرضیات اساسی موجود در ادبیات فنی قضیه انطباق دارد و به هیچ وجه به معنای محدودیت روشهای پیشنهادی نخواهد بود. این فرضیات در روش اول پیشنهادی در ذیل آورده شده است.
1- آسیب سازه به صورت خطی در نظر گرفته خواهد شد. همچنین باز توزیع نیروها پس از وقوع آسیب موجب کاهش سختی خمشی نخواهد شد.
2- آسیب به صورت کاهش در سختی اعضا مدل میگردد.
3- از دادههای بدست آمده از تحریک استاتیکی سازه استفاده میگردد.
4- جرم سازه در حالت قبل و بعد از آسیب یکسان است که البته در سازههای فولادی این موضوع تطبیق خوبی با واقعیت دارد.
5- اطلاعات استاتیکی در دو حالت با نوفه و فاقد نوفه در نظر گرفته خواهد شد. (به منظور مدلسازی شرایط واقعی در ثبت دادهها توسط حسگرها)
6- درجات آزادی سیستم سازه مشخص و موقعیت آنها معلوم است.
7- رفتار سیستم سازه پل خطی است.
8- از اثرات مدلسازی اتصالات و تکیه گاهها صرفنظر شده است.
9- از اثرات تغییر دما و رطوبت صرفنظر شده است.
4-2-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخهای استاتیکی
با توجه به حل اینکه مسالهی تشخیص آسیب بصورت یک مسالهی بهینه یابی در تابع هدف تعریف میگردد. در این بخش جزئیات تابع هدف تعریف شده، ارائه میگردد. در تشخیص آسیب بر اساس دادههای استاتیکی با اعمال بار مقدار تغییرمکان اندازهگیری میشود. آسیب معمولا بصورت کاهش ضرایب سختی تعریف میگردد. اگر ماتریس سختی سازهی سالم با [Kud] نشان داده شود، در اینصورت، ماتریس سختی سازهی آسیب دیده ([kd]) را بصورت زیر تعریف میشود:
(4-1)
که در آن، [?K]، ماتریس تغییرات سختی میباشد. برای کاهش سختی و اعمال آن در ماتریس سختی، روشهای مختلفی موجود است که از آن جمله میتوان به کاهش ابعاد عضو و یا کاهش مدول الاستیسیته اشاره نمود. در این مطالعه از کاهش مدول الاستیسیته در المان برای کاهش سختی مطابق رابطهی (4-2) استفاده شده است:
(4-2)
در این معادله، Eid و Eiud، به ترتیب مدول الاستیسیته -iامین المان در حالت آسیب دیده و سالم است. Ei? مقدار کاهش در مدول الاستیسیته که نشان دهندهی میزان آسیب در المان -iام است که به صورت زیر تعریف می گردد:
(4-3)
di، شاخصی است که میزان شدت آسیب المان -iام را تعریف میکند. بدیهی است که مقدار این شاخص برای المانهای سالم برابر با صفر و برای المانهای با آسیب صد درصدی، برابر با 1 میباشد.
اگر به سازه، نیروی استاتیکی {F}، اعمال گردد، پاسخ استاتیکی نظیر این نیرو، از طریق رابطهی زیر قابل محاسبه میباشد:
(4-4)
که در آن، [K] و {u}، به ترتیب بیانگر ماتریس سختی و بردار پاسخ استاتیکی میباشند. رابطهی (4-4)، میتواند به ترتیب برای حالت سازهی سالم و آسیب دیده بصورت روابط (4-5-الف) و (4-5-ب)، فرمول بازنویسی شود:
(4-5- الف)
(4-5- ب)
یادرآور میشود که در این روابط، بالانویسهای ud و d، به ترتیب برای نشان دادن اطلاعات مربوط به سازههای سالم و آسیب دیده، بکار رفتهاند. رابطهی (4-5-ب)، با کمک رابطهی (4-1)، میتواند بصورت زیر بازنویسی شود:
(4-5-ج)
همانطوریکه قبلا اشاره شد، تابع هدف ارائه شده در این پایاننامه، بر مبنای اختلاف جابجایی استاتیکی بین سازهی سالم و آسیب دیده، تحت شرایط یکسان اعمال بار استاتیکی، استوار میباشد. بر این اساس، با کمک روابط (4-5-الف) و (4-5-ج) و انجام عملیات سادهسازی ریاضی، میتوان جابجایی استاتیکی متناظر با سازههای سالم و آسیب دیده را بصورت زیر تعریف کرد:
(4-6)
(4-7)
اختلاف جابجایی استاتیکی بین حالات سازهی سالم و آسیب دیده، بصورت زیر تعریف میگردد:
(4-8)
تابع هدف پیشنهادی، بصورت زیر تعریف می شود:
(4-9)
که در آن، Ne، تعداد المانهای سازه؛ n، تعداد گرههایی که تغییر مکان آنها ثبت شده است؛ و ?، ضریب وزنی برای یافتن مقدار تابع هدف مناسب( که از سعی و خطا بدست میآید.)، میباشد. همچنین، {?u}m، بردار اختلاف جابجایی استاتیکی سازهی سالم و آسیب دیده (محاسبه شده با کمک اطلاعات ثبت شده از سازهی پایش شده)47 و {?u}a، بردار اختلاف جابجایی سازهی سالم و مدل آنالیزی سازهی آسیب دیده با ضرایب آسیب مجهول48 (محاسبه شده با کمک روابط (4-7) و (4-8)) میباشد. لازم به ذکر است که نماد || ||، به معنای نرم دوم آرگومان داخل، میباشد. پس از تشکیل تابع هدف، با کمک روند بهینهیابی اشاره شده در بخش قبلی، پاسخهای بهینهی این تابع شناسایی میگردند. این پاسخها، مبین آسیب بوجود آمده در المانهای سازه خواهد بود.
4-2-3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب استاتیکی
سازهها نظیر ساختمانها، پلها و … تحت بارهای ناخواسته محیطی نظیر تغییرات درجه حرارت، ترافیکهای مسیرهای مجاور و باد قرار دارند. در نتایج آزمایشگاهی نیز گریزی از نوفه در دادهها نمیباشد، لذا لحاظ نمودن نوفههای مصنوعی برای سنجش مناسب بودن الگوریتم و تابع هدف انتخابی ضروری است.
( 4-10)
که در آن تغییرمکان اندازهگیری شده در گره ام در حالت دارای نوفه، تغییرمکان اندازهگیری

مطلب مرتبط با این موضوع :  پایان نامه با کلید واژه هایانتخاب رشته، پژوهشگران

دیدگاهتان را بنویسید