پایان نامه با کلید واژه های فرکانس، آسیب، توزیع

سال 2009 یا استفاده از تبدیلات کرولت محل آسیب را در سازههای صفحهای بدست آوردند. این روش در سالهای اخیر بر اساس روشهای سنتی نظیر موجک توسعه داده شده است. در این تحقیق از این روش خطی برای شناسایی استفاده گردیده است. یک صفحه گیردار با وجود یک یا دو آسیب با طول، عمق و محل دلخواه مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تحلیلی و با مدل شبیهسازی شده نشان دهنده حساسیت روش به آسیب میباشد[81].
2- 12-3- پردازش در حوزه زمان- فرکانس
به جز مطالعات انجام شده در رابطه با تبدیلهاى زمان- مقیاس تعداد مطالعات انجام شده برروى تحلیلهاى زمان- فرکانس در مهندسى سازه بسیار محدود مىباشد.
ایده اصلى توزیع زمان- فرکانس نمایش توزیع انرژى به طور همزمان در دو حوزه زمان و فرکانس مىباشد [82]. از آنجاکه آسیب نتیجه مستقیمى از برهم خوردن تعادل انرژى در سازه مىباشد بنابراین اگر بتوانیم توزیع انرژى یک سیگنال در دو حوزه زمان و فرکانس را محاسبه کنیم، قادر خواهیم بود که تغییرات فرکانس در زمان را به آسیب ربط داده و بدین ترتیب مکان، زمان و شدت آسیب را محاسبه نماییم. مسئلهاى که در این زمینه پیش مىآید این است که توزیع انرژى که محاسبه مىکنیم در تمامى نقاط زمان- فرکانس مثبت نمىباشد، بنابراین ایجاد ارتباط بین انرژی و آسیب با مشکل مواجه مىگردد. یک روش دیگر براى تشخیص آسیب این است که ابتدا مشخصاتى از سازه را که با زمان تغییر مىکنند با استفاده از تحلیلهاى زمان- فرکانس شناسایى کرده و سپس بین این تغییرات با ایجاد آسیب در سازه ارتباط برقرار کنیم.
در مهندسى سازه تحقیقات انجام شده توسط آدوادیا و تریفوناک[83] اولین کار در حوزه زمان و فرکانس براى شناسایی مشخصات سازهها و تشخیص آسیب بوده است. در این تحقیق آنها دو ساختمان را تحت دو زلزله لایتل کریک (1970) و سان فرناندو (1971) بررسى کردند. با این حال در آن زمان آنها هنوز از توزیعهاى زمان- فرکانس استفاده نکردند بلکه توابع انتقال را براى پنجرههاى 8 ثانیهاى محاسبه کردند و بین هر دو پنجره مجاور 2 ثانیه همپوشانى در نظر گرفتند، به این ترتیب آنها تغییرات فرکانس را در چند ماه پس از زلزلهها نسبت به قبل از زلزلهها بررسى کردند. آدوادیا و مارمارلیس[84, 85] نیز از تبدیل فوریه زمان کوتاه براى شناسایى مشخصات سازهها و تشخیص آسیب در محدوده خطى و غیرخطى استفاده کردند.
تا اواسط دهه 90 کاربرد تبدیل فوریه زمان کوتاه تقریباً تنها روش مورد استفاده براى تشخیص آسیب در مهندسى سازه بوده است. اولین مطالعاتى که در آن براى تشخیص آسیب سازهها از توزیع ویگنر- ویل19 استفاده شده است به سال 1992 برمىگردد که توسط رابین و همکارانش[86] انجام گرفته است. در سال 1996 هموند و وایت[87] مقایسهاى بین چندین روش پردازش سیگنال از جمله تبدیل فوریه زمان کوتاه STFT،تبدیل موجک، طیف تکاملى و روشهاى زمان- فرکانس توان دومی از جمله ویگنر- ویل انجام دادند، آنها این روشها را بر روی یک تیر طره به کار گرفتند.
عملکرد 6 تبدیل توان دومی زمان- فرکانس را بر روى یک تیر بوناتو و همکارانش[88] مقایسه کردند، این شش تبدیل عبارت بودند از: اسپیکتوگرام، ویگنر- ویل، شبه ویگنر- ویل (PSWVD) چوى- ویلیامز (CWD)، توزیع مخروطى و توزیع با تداخل کاهش یافته (RID). در این تحقیق آنها نتیجه گرفتند که CWD و RID بهترین وضوح را دارند. آنها همچنین نشان دادند که بررسى تغییرات در فرکانس به تنهایی براى تعیین محل آسیب کافى نمىباشد.
استازوسکى و همکاران[89] نیز با استفاده از توزیع ویکنر ویل وزن داده شده جملات تداخلى را کاهش داده و یک روش اتوماتیک براى تشخیص آسیب ایجاد کردند که بر اساس تکنیکهاى پردازش تصویر و شبکه عصبى قادر به تشخیص آسیب مىباشد. بوناتو و همکارانش[90] نیز یک روش با استفاده از همبستگى لحظهاى، تابع ابهام، توزیع ویکنر- ویل و توزیع چوى- ویلیمز براى شناسایى خصوصیات دینایکى سازهها ایجاد کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که جملات تداخلى که در فضاى زمان- فرکانس ایجاد مىشوند به صورت کارآمدترى در فضاى تابع ابهام قابل حذف مىباشند. این روش بر روى رکوردهاى بدست آمده از یک پل در ونکوور تست گردید. بوناتو و همکارانش در دو مقاله در سالهاى 1998 و 1999 [91, 92] یک روش جدید بر مبناى زمان- فرکانس و زمان- فرکانس تداخل براى شناسایی سازهها ایجاد کردند، آنها با استفاده از توزیع چوى- ولیمز خصوصیات مودى سازه را استخراج کردند. در سال 1999 هوانگ و همکارانش یک روش قدرتمند براى شناسایى مشخصات دینامیکى سیستم ابداع کردند که بر اساس تجزیه تجربى مودها و تبدیل هیلبرت کار مىکرد. این روش امروزه به نام تبدیل هیلبرت- هوانگ (HHT) شناخته مىشود. در واقع HHT یکى از مدرنترین ابزارهاى پردازش سیگنال موجود مىباشد. هوانگ ثابت کرد که هر سیگنال را مىتوان به صورت مجموع n مود تجربى به همراه یک باقیمانده نوشت. پس از آنکه توسط تجزیه تجربى مودها، سیگنال به چندین مود تجزیه گردید بر روى هر مود تبدیل هیلبرت اعمال گردیده و طیف هیلبرت بدست مىآید.
در ادامه بوناتو و همکارنش [93, 94]نشان دادند که براى سیگنالهاى خطى روش هیلبرت- هوانگ نسبت به روشهاى به کار رفته در مراجع [95, 96] نتایج بهترى بدست مىدهد و همچنین این مزیت را دارد که در حوزه زمان نیاز به استفاده از فیلتر ندارد. براى سازههاى غیرخطى از جمله براى مدل عددى یک ساختمان سه طبقه نیز روش مزبور نتایج خوبى را بدست داد. همچنین این روش به همراه توزیع وینگنر- ویل براى یک برج بنایی قدیمى در ایتالیا به کار رفته است. دى استفانو و همکارانش [96]و سراولو و همکارانش، کوهن و همکارانش در سال 2002 [95]، نیلد و همکارانش [97]، یان و همکارانش [98] هر یک به سهم خود یافتههای جدیدی را در زمینه استفاده از روش هیلبرت – هوآنگ ارائه دادند. مویو و براونجان [99] در سال 2002، روشى مبتنى بر تبدیلات موجک پیشنهاد نمودند. آنان با ارائه فرمولاسیون مربوط به تبدیل موجک گسسته، به ارزیابى سلامت پل پرداخته و تغییرات در رفتار آن را بررسى کردند. آنها نشان دادند که شناسایى خصوصیات سازهها و تشخیص آسیب به کمک تبدیلات موجک علاوه بر سرعت، داراى دقت کافى نیز مىباشد. ولى این سرعت و دقت تنها در مورد موجکهاى خاصى صادق است. علاوه بر محیط سازهاى، تشخیص سیستم و شناسایى تجهیزات سیستم براى محیطهای خاکى نیز با استفاده از تحلیل موجک انجام شده است. بطور نمونه، رضایى و ونچورا [100] در سال 2002 با استفاده از تحلیل موجک و مقایسه جفت نگاشت، به تحلیل نگاشتهای زلزله لوماپریتاى کالیفرنیا پرداخته و دریافتند برخى از قلههاى موجود در طیف موجک مىتواند به صورت تصاعدى ناشى از تغییرات خصوصیات ساختگاه خاکى باشد. همچنین ساریکا [101] در سال 2005، ماسودا و همکارانش[102] ، اوانسوا و سوارز [103] با بکارگیری تبدیل موجک، محل آسیب را در سازهها بدست آوردند.
کاربرد توزیعهاى زمان- فرکانس را براى تعیین آسیب در یک سازه 38 طبقه بتنى که با مقیاس مدل سازى شده بود تحت نوفه سفید و چهار سطح زلزله، زوه [104] بررسى کرد. او به این نتیجه رسید که از میان روشهاى زمان- فرکانس، توزیع چوى- ویلیمز و اسپکتوگرام تطبیقپذیر، بهترین عملکرد را از نظر میزان وضوح داشتند. ایشان البته اشاره کردند که در تشخیص آسیب با استفاده از روشهاى زمان- فرکانس بیشتر تمرکزشان بر استفاده از اطلاعات لحظهاى آنها مىباشد تا استفاده از خواص انرژی آنها.
در سال 2004 ماکسیارلى و همکارانش [105] گزارش کردند که براى اولین بار در اروپا پاسخ غیرخطى سازهها ثبت گردید. آنها از روش اسپکتوگرام، موجک و دو روش دیگر استفاده کردند و نشان دادند که هر چهار روش مقادیر یکسانى برای فرکانس تخمین مىزنند، تنها روش تحلیل موجک فرکانسها را کمى دست پایینتر تخمین زده است. بنابراین نتیجه گرفتند که تحلیل موجک براى تشخیص آسیب خیلى مناسب نمىباشد.
پولیتیز [106] در سال 2005 کاربرد تجزیه تطبیق پذیر را با تجزیه تجربى مودها مقایسه کرده و سپس از تحلیل زمان- فرکانس و موجک برای شناسایی سازهها استفاده کرد، یک صورت توسعه یافته از تبدیل هیلبرت- هوانگ در سال 2005 توسط پنگ و همکارانش [107] مطرح گردید. این روش براساس کاربرد تبدیل موجک برای تجزیه سیگنال به یک سری سیگنالهاى باند باریک مىباشد سپس EMD بر روی آنها اعمال مىگردد.
بردفورد [108] و بردفورد و همکارانش [108] به طور گسترده بر روی کاربرد تحلیلهاى زمان- فرکانس برای شناسایی سازههاى با مشخصات متغیر کار کردند. روشن- قیاس و همکارانش [109] یک روش براى استخراج مودهاى ارتعاشى با استفاده از توزیع ویگنر- ویل هموار شده ارائه کردند، آنها نتایج عددى بدست آمده از الگوریتم خود را براى یک سیستم 2 درجه آزادى ارائه دادند. تودوروسکا و تریفوناک [110] تبدیل گیبر را براى تعیین فرکانس آنى و تشخیص آسیب ساختمان خدمات ناحیه اى امپریال در زلزله امپریال ولى (1979) به کار بردند. آنها به این نتیجه رسیدند که نمایشهاى زمان- فرکانس نسبت به تبدیل موجک کنترل بهترى بر وضوح فرکانسى دارند.
در سال 2008، بارن و همکارانش [110] با استفاده از تبدیل هیلبرت و دادههاى پاسخ ضربه سازه، راهکارى را براى تشخیص آسیب و مکانیابى آن ارائه نمودند. آنها این روش را براى تشخیص آسیبهاى کوچک در سازه دو و چهاردرجه آزادى و با دادههاى داراى نوفه بکار بردند و نشان دادند که این روش قابلیت تشخیص آسیبهاى کوچک و مکانیابى آنها را حتى در صورت تعدد آسیبها، داراست.
2-12-3-1- ارائه ویگنر- ویل
بطور کلى روشهاى بیان رفتار فرکانسى سیگنالها عموما در دو گروه کلى تقسیم بندى مىشوند: 1- بیان خطى نظیر تبدیل فوریه، 2- بیان درجه دوم یا دوخطى نظیر طیف توان. در بخشهاى قبلى در مورد نمونههایی پیشرفته از بیان خطى زمان- فرکانس که تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک نام دارد، مطالبى ارائه گردید. در همه بیانهاى زمان- فرکانس خطى، تابعى از پیش تعیین شده براى ارزیابى بکار مىرود. اگرچه در طول 6 دهه گذشته روشهاى زیادی در رابطه با بیان درجه دوم زمان- فرکانس ارائه شده است، در این بخش به یکى از مهمترین آنها که توزیع ویگنر- ویل مى باشد، اشاره مىشود.
توان دوم تبدیل فوریه یک سیگنال را طیف توان مینامند. طیف توان توزیع انرژی سیگنال را در فرکانسهاى مختلف بیان مىنماید. از آنجاییکه براى طیف توان از توان دوم فوریه استفاده مىشود، نام درجه دوم بر آن نهاده شده است. مطابق همین تعریف مىتوان از توان دوم تبدیل فوریه زمان کوتاه (STFT) و یا تبدیل موجک نیز استفاده نمود که به ترتیب اسپکتوگرام و اسکیلوگرام نامگذارى گردید. محدودیت استفاده از روشهاى مذکور، تعیین یک تابع تحلیل مناسب بود. براى رفع این محدودیت، مطالعات زیادى در زمینه معرفى یک بیان کلى جهت ارائه زمان- فرکانس سیگنالها انجام گردید.
2-12-3-2- کلاس کوهن
فیلترها در پایین گذر جهت کاهش اثر جملات تداخلى در توزیع ویگنر- ویل کاربرد دارند. بطورکلى، دو نوع فیلتر پایین گذر وجود دارد:
1- فیلترهای خطى که توسط کلاس کوهن توصیف مىشوند.
2- فیلترهاى غیرخطى که توسط سریهای توزیع زمان- فرکانس توصیف خواهند شد و از آنها به نام اسپکتوگرام گیبور هم نام برده مىشود.
علاوه بر توزیع ویگنر- ویل، در طول 50 سال گذشته تعداد بسیار زیادى توزیع زمان- فرکانس دوخطى اراثه شده است. اما تمامى توزیعهاى اشاره شده، مىتوانند توسط یک الگوی کلى که اولین بار کوهن [111] در سال 1966 ارائه نمود، قرارگیرند. ابداع چنین الگویى کلى کمک شایانى در تهیه توزیع زمان- فرکانس مورد نظر نموده است.
نکته قابل ذکر آنکه،

مطلب مرتبط با این موضوع :  پایان نامه با کلید واژه هاینرم افزار، بهره بردار

دیدگاهتان را بنویسید