بخشی از مقاله
چکیده: برای شناسایی وضعیت سازهای در پلها، نیاز است تا خصوصیات دینامیکی آنها از جمله اشکال مودی تعیین و بررسی شوند . هدف از پژوهش حاضر، شناسایی محل آسیب در سازهی پل، براساس تغییرات انحنای شکل مودی است. بنابراین ابتدا باید مودشکلهای سازه تعیین شوند. به همین منظور، خودرویی به عنوان محرک از روی پل عبور میکند و همزمان، حسگرهایی که در نقاط مختلف پل نصب شدهاند، پاسخ دینامیکی حاصل از اندرکنش پلBخودرو را ثبت میکنند.
با استفاده از سیگنال پاسخ بدست آمده و اعمال روش جستجوی کور منابع، اشکال مودی تعیین میشود. برتری روش جستجوی کور منابع به سایر روشها، این است که نیازی به اطلاعات دقیق از تحریکهای اعمال شده ندارد و تنها از بازتابهای اندازهگیری شده استفاده میکند. شناسایی کور با استفاده از آمار مرتبهی دوم، از الگوریتمهای اساسی روش مذکور است. جهت صحتسنجی، یک مثال عددی ارائه شده است که در آن، سیستم پلBخودرو به صورت تیر الاستیک ساده که مجموعهی جرم و فنر بر آن سوار است، مدلسازی شده است. پس از تحلیل تیر و تعیین شکل مودها با استفاده از تکنیک جستجوی کور منابع، محل آسیب شناسایی گردیده است. نتایج، حاکی از صحت و دقت مناسب روش جستجوی کور منابع در زمینهی دینامیک سازه است.
.1 مقدمه1
پایش سلامت سازه و تشخیص به موقع آسیبهای موجود در آن، از موضوعات مهمی است که توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است. پلها بهعنوان گرههای ارتباطی در شریانهای حملونقل از اهمیت بالایی برخوردار هستند. از اینرو بررسی خرابی و تعیین محل دقیق آن در چنین سازههایی به منظور ایجاد یک چرخهی تعمیر و نگهداری نیازمند توجه پژوهشگران است. رویداد آسیب در یک سازه موجب تغییر در خصوصیات فیزیکیاش میشود و در پی آن، تغییرات قابل ملاحظهای در خصوصیات دینامیکی سازه اتفاق میافتد. به عنوان مثال افت سختی در قسمتی از یک سازه با افزایش انحنا در همان قسمت همراه است. بر اساس این که کدام یک از مشخصات دینامیکی یا خصیصهی آسیب لحاظ گردند، روشهای شناسایی آسیب را میتوان به صورت کلی به چهار گروه زیر تقسیم نمود .[1]
1. روشهای مبتنی بر فرکانس طبیعی؛
2. روشهای مبتنی بر شکل مود؛
3. روشهای مبتنی بر انحناء/کرنش شکل مودی؛
4. سایر روشهای مبتنی بر پارامترهای مودال.
تمامی این روشها را میتوان به یک پل اعمال نمود چرا که اغلب، آنها را میتوان به صورت سازههایی متشکل از تیر و صفحه فرض نمود. پژوهش حاضر به تعیین محل دقیق خرابی در سازهی پل بر اساس تغییرات انحنای اشکال مودی میپردازد. برای دستیابی به هدف موردنظر، ابتدا باید اشکال مودی پل شناسایی شوند. روشی که برای تعیین خصوصیات دینامیکی سازهی پل از جمله: اشکال مودی به کار برده میشود به این صورت است که، خودرویی با مشخصات معلوم از روی پل عبور میکند و همزمان با عبور خودرو، حسگرهایی که در نقاط مختلف روی پل نصب شدهاند، پاسخ دینامیکی حاصل از اندرکنش پل و خودرو را ثبت میکنند. پاسخ بدستآمده شامل جابهجایی، سرعت و شتاب نقاط مختلف پل و خودرو است.
اکنون نیاز به روشی است تا با استفاده از این سیگنال پاسخ و اعمال روش مورد نظر، اشکال مودی پل بدست آیند. از آنجایی که فقط دادههای خروجی در دسترس هستند، نیاز به یک روش خروجیBمحور است تا اشکال مودی پل شناسایی شوند. پژوهش حاضر از روش جستجوی کور منابع - BSS - 1 استفاده میکند. تکنیکهای جداسازی کور سیگنالها، اولین بار در اوایل دههی 80 میلادی برای پردازش سیگنال در زمینهی مدلسازی شبکهی عصبی مطرح شده است.
در دو دههی اخیر مطالعات گستردهای روی این مقوله شکل گرفته است و زمینهی کاربرد آن را در زیرشاخههای مختلف علم فراهم کرده است؛ اما همچنان کاربرد آن در زمینهی دینامیک سازه به صورت یک چالش باقی مانده است. یک ویژگی جالب روش BSS این است که نیازی به اطلاعات دقیق در مورد تحریکهای اعمال شده - ورودیها - ندارد و تنها با استفاده از بازتابهای اندازهگیری شده عمل میکند. این ویژگی، برای آنالیز مودال پلها بسیار کارآمد است؛ زیرا در عمل، اندازهگیری دقیق همهی محرکها - ارتعاشات ناشی از باد، ترافیک، زلزله و غیره - امکانپذیر نمیباشد .[2]
در زمینهی عیب یابی سازهها بر اساس مشخصات دینامیکی، تحقیقات زیادی صورت گرفته است. کاولی و آدامز اولین کسانی بودند که با استفاده از روش های دینامیکی به شناسایی آسیب پرداختند .[3] آنها در سال 1979 یک فرمول بندی برای پیدا کردن آسیب در مواد کامپوزیت بر اساس اطلاعات به دست آمده از فرکانسهای طبیعی ارائه کردند. یوئن نیز در سال 1985 رابطهای بین محل و مقدار آسیب در اثر تغییرات مقادیر و بردارهای ویژه برای یک تیر کنسولی ارائه داد .[4] او دراین مطالعه فرض کرده بود که آسیب در سازه فقط روی ماتریس سختی تاثیر گذار است.
در سال 1991 پاندی و همکارانش برای تشخیص خرابی در تیر از تغییرات موجود در انحنای شکل مودی استفاده کردند .[5] در سال 1994 سالاو و ویلیامز با بررسی تغییرات انحنای مودی دریافتند که با کمک شاخصهای مناسب میتوان به شناسایی آسیب پرداخت . [6] کیم و استابز در سال 2000 با مقایسهی نتایج بر اساس روش تغییرات مودی و نتایج آزمایشگاهی بر روی یک تیر به این نتیجه رسیدند که با تعداد کمی مود با خطای نسبتا کم میتوان به مکان و شدت آسیب پی برد .[7] دسی و کامرلنگو نیز به بررسی روشهای ارائه شده برای انحنای مودال پرداختند [8]؛ مطالعهی آنها با مقایسهی مشخصات سازه سالم و آسیب دیده انجام گرفت.
.2 معرفی روش جستجوی کور منابع - BSS -
جستجوی کور منابع - BSS - ، به معنای بازیابی سیگنالهای مشاهده نشده از روی ترکیباتی از آنها است که دریافت شده است. در اغلب موارد، مشاهدات از طریق خروجی چندین حسگر، که هر کدام ترکیبات مختلفی از سیگنالهای منبع را دریافت کردهاند، بدست میآیند. لفظ کور که به این روش نسبت داده شده است به این دلیل است که:
1. سیگنالهای منبع مشاهده نمیشوند.
2. هیچگونه اطلاعاتی درباره نحوهی ترکیب سیگنالها وجود ندارد. اساسی در روشهای BSS این است که سیگنالهای منابع به لحاظ آماری، مستقل از یکدیگرند. پارامتر n معرف نویز موجود در دادهها است. لازم به ذکر است با توجه به عمومیت تکنیکهای BSS، این تکنیکها محدود به متغیرهای تابع زمان نیستند؛ اگرچه در این بحث همواره متغیرها تابع زمان خواهند بود. روشهای متعددی برای جداسازی کور سیگنالها وجود دارد. تفاوت عمدهی این روشها از یک طرف در توابع هدف نشاندهندهی استقلال منابع و از طرف دیگر در الگوریتم بهینهسازی تابع هدف موردنظر، میباشد. دو الگوریتم اساسی برای جداسازی کور منابع عبارتند از:
1. تحلیل مؤلفههای مستقل - ICA - 1؛
2. شناسایی کور با استفاده از آمار مرتبه دوم . - SOBI - 1
