بخشی از مقاله
چکیده
امروزه روش های نوینی برای شناسایی خرابی سازه ها ابداع شده که جایگزین روش های سنتی شده اند. از جمله این روش ها، شناسایی خرابی سازه ها به روش های دینامیکی می باشد که به بررسی ویژگی های دینامیکی سازه از جمله فرکانس های طبیعی، اشکال مودی، تابع پاسخ فرکانسی و... می پردازند.
در این تحقیق، شناسایی خرابی سازه ها بر اساس تغییر در تابع پاسخ فرکانسی سازه به عنوان یک مشخصه دینامیکی، انجام شده است. در این راستا، با استفاده از توابع پاسخ فرکانسی سازه سالم، سازه آسیب دیده ومدل تصادفی سازه تابع هدفی تشکیل داده و با استفاده از روش بهینه سازی تکامل تفاضلی، این تابع حداقل می شود. جهت نشان دادن کارایی روش پیشنهادی، دو مثال عددی شامل تیر و قاب ارائه شده که نتایج بدست آمده بیانگر دقت و عملکرد مناسب روش پیشنهادی برای شناسایی خرابی در سازه ها می باشد.
مقدمه
وقوع خرابی در طول دوره بهره برداری بسیاری از سازه های ساخته شده توسط مهندسین عمران، مکانیک، هوافضا و... امری اجتناب ناپذیر می باشد. عمر بسیار ی از سازه ها زیاد بوده و این امر به مرور زمان سبب بروز فرسودگی در سازه ها می شود. بسیاری از سازه ها تحت بارهای بیشتر از ظرفیت طراحی قرار گرفته اند و بعضی از آنها نیز به صورت صحیح مورد استفاده قرار نگرفته اند.
همچنین بسیاری از سازه ها در طول عمر خود آسیب های محلی بسیاری را تجربه می کنند که بی توجهی به آنها گاه ممکن است منجر به کاهش عمر عملیاتی سازه و یا حتی فروریزش و خرابی کلی سازه گردد. به علت جلوگیری از هزینه های زیاد، افزایش طول عمر مفید سازه ها و جلوگیری از خسارات مالی و جانی، در طول سالهای گذشته توجه زیادی به موضوع شناسایی خرابی در سازه ها شده است و روشهای زیادی نیز برای دستیابی به این هدف معرفی شده اند.
با گسترش تجهیزات اندازه گیری و بررسی های مختلف صورت گرفته توسط محققین در سال های اخیر، روش های شناسائی غیرمخرب رفته رفته در حال تبدیل به یکی از کاربردی ترین و رایج ترین راه های شناسائی خرابی در سازه شده است. در این میان روش های شناسایی دینامیکی، از جمله شناسایی خرابی به کمک تابع پاسخ فرکانسی، یکی از کارآمدترین این روش هاست.
در سال 1990 آقایان ریچاردسون ومنن، نه تنها به شناسایی آسیب، بلکه به شناسایی محل خرابی به صورت تقریبی پرداختند. یک روش برای تعیین جرم، سختی، و خواص میرایی سازه با استفاده توابع پاسخ فرکانسی اندازه گیری شده - - FRF ارائه کردند و نشان دادند که چگونه تغییرات در این پارامترها می تواند در تعیین موضعی نقص استفاده شوند
در سال 1999 آقایان سیلوا، مایا، سمپایو کشف خرابی با استفاده از FRF را از لحاظ تنوری توضیح دادند و به مقایسه آن با دو روش دیگر در شناسایی خرابی اشاره شده در مقالات پرداختند. برای مدل تحلیلی، از یک سیستم با جرم فشرده، استفاده کردند و برای داده های تجربی، از یک پل واقعی استفاده کردند
در سال 2002 آقایان لی و شین به امکان سنجی استفاده از FRF در شناسایی آسیب از طریق برخی شبیه سازیها و تجزیه و تحلیل عددی و سپس تائید تجربی آن روی یک تیر طره و ایجاد خرابی در آن توسط سه شیار پرداختند
در سال 2010 آقای صالحی روش تشخیص آسیب بر اساس اندازه گیری قسمت های حقیقی و موهومی از FRF را ارائه داد. نتایج بدست آمده حاکی از این بود که استفاده از قسمت حقیقی FRF ها در تشخیص خرابی موثر است
در سال 2013 آقای موهان به بررسی استفاده از تابع پاسخ فرکانسی - FRF - با کمک روش بهینه سازی ازدحام ذرات - PSO - ، برای تشخیص آسیب سازه ای و کمیت آن پرداخت. عملکرد این روش برای سازهای تیر و قاب دو بعدی با آسیب های مختلف ارزیابی شده است و نتایج نشان دادند که FRF با الگوریتم بهینه سازی PSO نتایج بهتری در شناسایی آسیب نسبت به بررسی فرکانس های طبیعی و الگوریتم GA داراست
در این تحقیق، مساله شناسایی خرابی به فرم یک مساله بهینه سازی تعریف شده است. در واقع الگوریتم بهینه سازی با بهینه کردن تابع هدفی که متشکل از FRF سازه سالم، خراب و مدل تحلیلی است محل و میزان خرابی را مشخص می کند.در این روش از الگوریتم بهینه سازی تکامل تفاضلی - - DE، استفاده شده است.
تابع پاسخ فرکانسی - - FRF
بر اساس اصول دینامیک سازه ها، معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار دینامیکی سازه های چند درجه آزادی - - MDOF4 از مرتبه دوم میباشد
