بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، سازه با استفاده از نرم افزار المان محدود - ANSYS 5.4 - تحت آنالیز مودال و دینامیکی قرار داده شده و سپس با استفاده از نرم افزار - MATLAB7.1 - در جعبه ابزار موجک تحت آنالیز موجک قرار داده می شود و در ادامه شاخص نرخ انرژی بر پایه موجک بسته ای ارائه می شود نتایج بصورت نمودار های دو بعدی شاخص نرخ انرژی بر پایه موجک بسته ای می باشد و نتایج قابلیت بالای تئوری موجک در تحلیل سیگنال پاسخ یک سازه و شناسایی ناهماهنگیها در سیستمهای سازهای را نشان می دهد.
-1 مقدمه
سازه های فضا کار کاربردهای بسیار گسترده ای در صنعت از جمله در دکلهای برق، پلها، سوله ها و غیره دارند . شایان ذکر است که سازه های فضا کار فقط نیروهای محوری را تحمل می کنند و نمی توانند در مقابل گشتاور خمشی تاب آورند. سازه های فضاکار دوبعدی برحسب تعریف از مجموع اعضایی به وجود میآید که همگی در یک صفحه قرار داشته و ترکیب آنها یک شبکه مثلثی ایجاد نماید.
در این راستا متدهای پایش سلامت سازه ها، موضوع تحقیقات پردامنه ای است که تاکنون انجام شده است. در سال های اخیر نیز برای توسعه سیستم های قابل اعتماد و بهینه متدهای پایش سلامت سازه، کوشش های فراوانی شده است. این سیستم ها باید جوابگوی سوالاتی مانند محل آسیب و خرابی سازه ها باشند. که در اینصورت می توان به تمهیدات بعدی برای تعمیر و بهسازی سازه ها اندیشید. بطور کلی، متدهای پایش سلامت سازه بصورت زیر تعریف می شود: »گردآوری، ارزشیابی و آنالیز اطلاعات تکنیکی به منظور تسهیل در تصمیم گیری های مدیریتی در طول عمر سازه.«
تبدیل موجک Wavelet Transform - WT - یک روش مفید و جدید برای تحلیل سیگنالهاست که مشکلات دیگر روشهای ذکر شده را ندارد. توابع موجک ترکیبی از یک سری توابع اساسی، که قادر به تفکیک یک سیگنال در زمان - یا مکان - و فرکانس - یا مقیاس - می باشند. بنابراین تبدیل های موجک قادرند بسیاری از جنبه های ناشناخته اطلاعات را که دیگر روشهای تحلیل سیگنال نمی توانستند آشکار کنند، کشف کند. این مشخصات بویژه برای کاربردهای کشف ترک مفید می باشند. بسیاری از محققین - وانگ، دنگ، کورلی - از تبدیلات موجک برای کشف ترک در قابهای سازه ای استفاده کردند. ولی یکی از معایب تبدیل موجک، تفکیک فرکانسی ضعیف، در نواحی با فرکانس بالا می باشد
دیمارگوناس به عنوان ایده اولیه، ترک را به صورت نرمیت موضعی مدل کرد و سختی معادل را توسط آزمایشاتی بدست آورد .[5] چاندراس این روش را برای مطالعه پاسخ دینامیکی تیر ترک خورده بکار برد .[6] کاولی و آدامز روش تجربی را برای محاسبه موقعیت و عمق ترک از تغییرات در فرکانس های طبیعی ارائه دادند .[7] پتروسکی تکنیکی را برای مدل کردن ترک با استفاده از مدول مقطع ارائه داد .[8] گودمانسون روش اختلال - آشفتگی - را برای پیش بینی تغییرات در فرکانسهای طبیعی سازه منتج از ترکها مورد استفاده قرار داد .[9] دیمارگوناس و پایپتس ترک را به صورت نرمیت موضعی مدل کردند و سختی معادل آنرا با استفاده از روش مکانیسم گسیختگی به دست آوردند
ریزاس روشی را پیشنهاد داد که برای استفاده از دامنه اندازه گیری شده در دو نقطه از تیر طره که در یکی از مودهای طبیعی اش می لرزد بکار گرفته شود .[11] لیانگ و همکارانش مسئله مشابهی را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که معادله مشخصه می تواند برای محاسبه مقدار سختی برای یک فرکانس طبیعی و موقعیت ترک، حل شود
بنکس و همکاران متد دیگری را برای شناسایی آسیب پیشنهاد دادند. آنها از تغییرات در سختی و نسبت میرایی برای شناسایی آسیب سازه ای استفاده کردند
روتولو و سورس متدی را ارائه دادند که پارامترهای مودال را برای تخمین اندازه و موقعیت ترک در یک تیر دارای ترک دوبل مورد استفاده قرار می دهد .[14] شیفرین و روتولو متدی را برای مطالعه تاثیر تعداد ترک روی فرکانس های طبیعی ارائه کردند .[15] کورنول و همکاران متد انرژی کرنشی برای تشخیص موقعیت ترک ارائه دادند
-2 شاخص نرخ انرژی موجک بسته ای
در این مقاله شاخص انرژی موجک بسته ای، برای شناسائی محل و شدت خرابی پیشنهاد می شود. و برای این منظور انرژی سیگنال i f E در مرحله j بصورت زیر محاسبه می شود:
معادله 15 نشان می دهد که انرژی کلی سیگنال می تواند به مولفه های انرژی موجک بسته ای در باندهای فرکانسی مختلف تجزیه شود. در نهایت شاخص WPERI برای شناسایی محل و شدت خرابی در سازه بصورت زیر پیشنهاد می شود
-3 روشهای شناسایی خرابی
دو فرض کلی در هنگام استفاده از این روش پیشنهادی باید در نظر گرفت:
-1 مدلهای قابل اطمینان از سازه های سالم و خراب باید در دسترس باشد.
-2 سازه به وسیله بارهای ضربه ای وارده به نقاط مختلف سازه تحریک می شود
سیگنالهای ارتعاشی اندازه گیری شده از سازه در ابتدا بوسیله نرم افزار MATLAB به مولفه های موجک بسته ای تجزیه می شود و سپس شاخص نرخ انرژی موجک بسته ای بدست می آید که در ادامه با استفاده از تحلیل های آماری آستانه ی خرابی برای نقاط مختلف از سازه بدست می آید
یک مزیت این روش شناسایی، انتخاب مقادیر آستانه ای با استفاده از روش آماری می باشد و بسیاری از این شاخص ها که از مقدار آستانه ای تجاوز کنند باعث اخطار خرابی می باشند. نتایج نشان می دهد حتی وقتی که تعداد متعددی خرابی در سازه وجود داشته باشد روش پیشنهادی در حد قابل قبولی در شناسایی خرابی عمل می کند
-4 مدل کردن سازه فضا کار
برای اینکه بتوان یک سازه فضا کار را با استفاده از اصول استاتیک تحلیل نمود، مفروضات زیر مورد استفاده قرار میگیرند:
-1 اعضای سازه فضا کار در انتهای خود به یکدیگر لولا شده و اصطکاک در لولاها صفر میشود. در عمل اتصالات لولایی برای تعداد بسیار معدود سازه فضا کار ساخته میشوند و اصولاً هیچ لولایی بدون اصطکاک نمیباشد. سازه فضا کارهایی که برای موارد مختلف ساختمانی ساخته میشوند دارای اتصالاتی میباشند که یا پرچ شده و یا جوش گردیدهاند.
-2 اعضای سازه فضا کار مستقیم میباشند. در غیر این صورت نیروهای محوری در انتهای اعضا ایجاد لنگر خمشی در اعضا مینمایند.
-3 تغییر شکل سازه فضا کار تحت تأثیر نیروی وارده که در اثر تغییر طول در اعضای آن ایجاد میشود، به درجهای نمیباشد که تغییرات محسوسی در شکل هندسی و ابعاد سازه فضا کار ایجاد نماید.
-4 اکثر سازه فضا کارها به نحوی ساخته میشوند که نیروهای وارده و نیروهای واکنش تکیهگاهی فقط به گرههای آن وارد آیند.
برای این سازه فضا کار با ابعاد 6*6 متر و ارتفاع 2 متر با تکیه گاههای مفصلی که در شکل 1 نشان داده شده بکار گرفته می شود. چگالی و مدول الاستیسیته سازه به ترتیب برابر 7850 kg/m3 ، 2/11 10 11 pa می باشد.
