بخشی از مقاله
خلاصه
وجود عوامل مختلف در سازه باعث ایجاد آسیب در المانهای سازهای میگردد. در صورت تشخیص بهموقع آن با ایجاد تمهیداتی میتوان از کاهش عملکرد سازهای آن جلوگیری به عمل آورد. در این تحقیق روند مدلسازی در نرمافزار متلب بر پایه معادلات حاکم بر آن بهصورت برنامهنویسی انجامشده و با مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از یک مدل تحلیلی پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفت.مثال عددی در نظر گرفته با در نظر گرفتن ترکهای منفرد و دوگانه ارائهشده است. همچنین بهمنظور تعیین محل ایجاد ترک، یک شاخص که مبتنی بر مشتقات اشکال مودی میباشد، پیشنهاد گردیده و عملکرد آن مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج بدست آمده نشان از تشخیص مناسب مکان خرابی توسط شاخص خرابی پیشنهادی میباشد.
1 مقدمه
عیبیابی و بازرسی قطعات حساس و ناحیههای بحرانی سازههای عمرانی و یا مکانیکی، به جهت ارزیابی عمر مفید آن ضروری به نظر میرسد. یکی از روشهای این نوع از ارزیابی توجه مداوم نسبت به تغییرات در رفتار استاتیکی و دینامیکی آن میباشد. عموماً ایجاد ترک در سازهیا دستگاه، سفتی یا بهنوعی میتوان گفت سختی آن را دچار تغییرات محلی مینماید و درنتیجه رفتار ارتعاشی آن نیز بهتبع، تغییر خواهد کرد. اگر ترکی در سازه ایجاد گردد، همچنان قابلیت بهرهبرداری را دارد، لیکن مراقبت بیشتری را طلب مینماید
در طول سالهای اخیر آزمایشات غیر مخربی که از خواص ارتعاشی سازه استفاده میکنند مورد تحقیق و توجه بسیار قرارگرفتهاند. روشهای دیگر آزمایش غیر مخرب ازجمله صوتی، بصری و حرارتی این مشکل را دارند که اغلب پرهزینه و خستهکننده بوده و نیازمند در دسترس بودن کل سازه را دارند که اکثر اوقات این امر میسر نیست.لذا نسبت به سایر روشها آزمایش مودال به جهت اندازهگیری دقیقتر کاربرد بیشتری دارد
تحقیقات فراوانی در زمینهی تشخیص خرابی در سازهها صورت گرفته است که ازجملهی آنها میتوان موارد ذیل را برشمرد.
در سال 1991 پاندی و همکاران 1با استفاده از انحنای شکل مودی برای تعیین محل آسیبدیده در سازه، اقدام نمودند و نتایج تحقیقاتشان گویای این مطلب بود که انحنای شکل مودی اطلاعات دقیقتری برای مکان خرابی به دست میدهد
در سال2003 کیم و همکاران 2روشی برمبنای دادههای فرکانسی برای تشخیص ترک در تیرها پیشنهاد دادهاند .[4] در سال 2008 توسط پیمانی و همکارانش 3شناسایی ترک در سازههای شبیه به تیر مبتنی بر الگوریتم ژنتیک به همراه یک مدل از سازه ترکخورده پیشنهادشده است. نتایج بهدستآمده روی نقاط آزمایششده نشان داد که این شیوه قادر به شناسایی عمق و محل ترکهای کوچک با خطای کوچک میباشد .[5] در سال2009 بگمبر و لایر 4از الگوریتم ازدحام ذرات برای تشخیص آسیب در سازه استفاده کردند.
در سال2011 مرادی و همکارانش 5روشی را ارائه نمودند که در آن با استفاده از الگوریتم زنبورعسل و مدلسازی ترک با فنر پیچشی - رابطهی سختی فنر با اندازه ترک - محل ترک و اندازه آن مشخص میگردد .[7] در سال 2012 توسط سیدپور 6یک روش دومرحلهای برای تعیین محل و اندازه خرابی سازه، با استفاده از انرژی کرنشی مودال مبتنی بر شاخصMSEBI7 و الگوریتم بهینهسازی PSO8 پیشنهادشده است که میتواند یک ابزار مورداطمینان برای شناسایی دقیق خرابی چندگانه در سازه باشد
در سال 2015 توسط یزدان پناه و سیدپور،9 یک شاخص کارآمد مبتنی بر پایه اطلاعات شکل مودی سازه سالم و آسیبدیده برای سازههای شبیه به تیر پیشنهاد شد.آنان از مشتقات اول و دوم شکلهای مودی - شیب و انحنای شکل مودی - برای شناسایی محل آسیبهای منفرد و چندگانه استفاده کردند. نتایج نشاندهنده عملکرد بهتر شاخص پیشنهادشده نسبت به سایر شاخصهای موجود در این زمینه بود
قدیمی و کورهلی10در سال2016، با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی و سناریوهای عددی و همچنین داشتن فرکانسهای مودی بهعنوان ورودی، توانستند روشی را برای تعیین عمق نسبی ترک برای تیر یکسر ساده یکسر گیردار ارائه دهند. نتایج نشان داد که این روش تأثیر بسزایی در مکانیابی و تشخیص عمق نسبی ترک داشته است
دهاک و همکاران 11در سال2017 با استفاده از دستهبندی فرکانسهای طبیعی نرمال شده ترک را در تیر یکسر گیردار تشخیص دادهاند.آنها با استفاده از انطباق خرابی بر شکل مودی سازه و فرکانسهای تغییرنیافته به نتایج دقیقتری در تشخیص ترک رسیدند
در تحقیق حاضر روند مدلسازی در نرمافزار متلب بر پایه روابط حاکم بر آن بهصورت برنامهنویسی انجامشده و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از یک مدل تحلیلی پیشنهادی با در نظر گرفتن ترکهای منفرد و دوگانه ،مقایسه و موردبررسی قرار گرفت. به جهت تشخیص محل ترک ایجادشده، یک شاخص که بر مشتقات اشکال مودی بناشده، پیشنهاد شد و کارایی آن موردبررسی و آزمایش قرارگرفته است.
.2 مدلسازی تیر دوسر مفصل یک ترک
برای این منظور تیری را در نظر میگیریم که همگن و پیوسته میباشد. موقعیت ترک را با x نمایش میدهیم. x فاصلهی ترک از مبدأ تیر، L طول تیر و سختی فنر پیچشی معادل ترک از رابطهی زیر محاسبه میشود؛ - 1 - که در آن E مدول الاستیسیته،b عرض مقطع تیر،h ارتفاع مقطع تیر و - f - تابع انعطافپذیری است،
در این رابطه I ممان اینرسی مقطع تیر، ρ چگالی تیر، y - x,t - تغییر مکان تیر و Aa مساحت مقطع تیر میباشد. با اعمال ترک روی تیر روابطی برای محل اتصال و شرایط مرزی برقرار میباشد.
