بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله یک روش جدید به منظور تعیین شکلهای مودی سازههای با اندازهگیری ناکامل، توسط بهینهیابی معادلات حرکت سازه با استفاده از الگوریتم بهینهیابی رقابت استعماری در حوزه فرکانسی ارائه مینماید. این روش به صورت مستقیم از پاسخهای فرکانسی شتاب در درجات آزادی انتخاب شده، برخی از فرکانسهای طبیعی و ضرایب استهلاک سازه آسیبدیده و شکلهای مودی سازه تحلیلی آسیب ندیده به منظور شناسایی شکلهای مودی سازه آسیبدیده که دارای ضریب میرایی نیز میباشد، استفاده مینماید.
صحت و کارایی روش پیشنهادی بر روی یک خرپای ساده که تحت بار هارمونیک با فرکانس متغیر - هارمونیک جارویی - قرار گرفته است، آزمایش گردیده است. نتایج نشان میدهد، در صورتی که جذر میانگین مربعات - RMS - نویز برابر %5 حداکثر جذر میانگین مربعات - RMS - پاسخ سازه باشد، شکلهای مودی سازه آسیبدیده میتواند با دقت بسیار بالایی محاسبه گردد.
-1 مقدمه
پارامترهای دینامیکی سازهها از قبیل شکلهای مودی، فرکانسهای طبیعی و ضرایب استهلاک دارای کاربردهای فراوانی در زمینه تحلیل دینامیکی سازهها، پایش سلامت سازهها و زمینههای دیگر میباشند. یکی از روشهایی که در زمینه پایش سلامت سازهها مورد استفاده قرار میگیرد، "بهنگامکردن مدل" میباشد، که میتواند به صورت: - 1 برپایه مودال، - 2 بر پایه پاسخ دستهبندی گردد. تکنیکهای بهنگامسازی مدل، بر پایه اطلاعات مودال از پارامترهای مودال به دست آمده از تحلیل مودال آزمایشگاهی به منظور تعیین برخی از پارامترهای سازهای نظیر سختی سازه استفاده مینماید1]، 2، 3، 4 و .[5
در روشهای بهنگامسازی مدل بر پایه پاسخ، هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانسی، از پاسخهای اندازهگیری شده به صورت مستقیم به منظور شناسایی برخی از پارامترهای سازه بهره گرفته میشود. سپس از پارامترهای شناسایی شده به منظور بهنگامسازی و بهبود بخشیدن به مدل المان محدود - FEM - سازه استفاده میگردد. در سالهای اخیر برخی از افراد از ترکیب دو روش ذکر شده به منظور پوششدادن اثر پاسخهای اندازهگیری نشده سازه در برخی درجات آزادی استفاده نمودهاند.[6] با استفاده از این روش بسیاری از پارامترهای سازهای از قبیل اشکال مودی، سختی و جرم سازهها میتواند با دقت بسیار بالایی تخمین زده شود.
اسفندیاری و همکاران[6] یک روش جدید به منظور تخمین مقدار پارامترهای سازهای از قبیل شکلهای مودی، سختی و جرم سازهای را که شامل اثرات میرایی میباشد و از اطلاعات ارتعاشی استفاده مینماید، ارائه نمودند. این روش از تابع پاسخ فرکانسی - - FRF و اطلاعات فرکانسهای طبیعی برای بهنگامسازی المان محدود، استفاده نموده است. اطلاعات تابع پاسخ فرکانسی با استفاده از پاسخهای جابجایی، سرعت و شتاب سازه آسیبدیده جمعآوری میشود. در این روش پس از تعیین پاسخهای تابع پاسخ فرکانسی، با استفاده از تعریف معادله حساسیت خطی کوآسی - Quasi - یک تابع هدف تعریف گردید.
از روش الگوریتم حداقل مربعات با یک روش نرمالسازی مناسب به منظور بهینهیابی تابع هدف که آلوده به نویز میباشد، استفاده گردیده است. نتایج به دست آمده از اعمال روش پیشنهادی بر روی یک خرپا نشان داد که استفاده از معادله حساسیت نرمال شده و همچنین انتخاب نقاط فرکانسی مناسب باعث بهبود دقت و همگرایی بهنگامسازی مدل المان محدود خواهد گردید.
قاسمی و غفوریآشتیانی[7] یک روش جدید به منظور تخمین مقدار پارامترهای سازهای از قبیل شکلهای مودی و سختی سازهها، که از حل مستقیم معادلات حرکت سازه در حوزه فرکانسی استفاده مینماید، ارائه نمودند. این روش به صورت مستقیم از پاسخ فرکانسی شتاب در درجات آزادی انتخابشده و فرکانسهای طبیعی سازه آسیبدیده و شکلهای مودی مدل تحلیلی سازه آسیبندیده به منظور شناسایی اشکال مودی و سختی سازه آسیبدیده که شامل ضریب میرایی نیز میباشد، استفاده مینماید. در این روش از بار هارمونیک با فرکانس متغیر به منظور تحریک تمامی مودهای سازه استفاده گردید.
همچنین فرض گردید که پاسخهای سازه در برخی از درجات آزادی میتواند با قراردادن سنسور در این درجات آزادی و ایجاد ارتعاش در سازه محاسبه گردد. همچنین پاسخهای سازه در برخی از درجات آزادی که در آن ها سنسور وجود ندارد، میتواند با استفاده از تابع پاسخ فرکانسی تخمین زده شود. پس از تعیین پاسخهای سازه با استفاده از معادله ارتعاش اجباری سازههای میرا اقدام به تعریف تابع هدف مساله گردید. در این روش از روش حداقل مربعات به منظور بهینهیابی تابع هدف استفاده گردید.
در این مطالعه سعی بر این است که الگوریتم تشخیص پارامترهای سازهای پیشنهاد شده توسط قاسمی و غفوریآشتیانی[7] به منظور تعیین اشکال مودی و سختی سازه را که در آن تابع هدف مساله با استفاده از الگوریتم حداقل مربعات بهینه گردیده بود، با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری بهینه گردد. الگوریتم رقابت استعماری یکی از الگوریتمهای تکاملی برگرفته شده از زندگی سیاسی-اجتماعی بشر میباشد که دقت و سرعت همگرایی بالایی در حل مسائل بهینهیابی دارد. در این مطالعه سعی میگردد تا با بهرهگیری از الگوریتم رقابت استعماری بر دقت پاسخهای محاسباتی افزوده گردد.
