توسعه روشی دو مرحله‌ای بر مبنای الگوریتم‌های بهینه‌یابی و روش‌های محاسباتی هوشمند در تشخیص خرابی سازه‌ها
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزلهبهروز صفا 1 , اصغر رسولی 2 , یحیی نصیرا 3
1 - گروه مهندسی عمران، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران
2 - گروه مهندسی عمران، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران
3 - گروه مهندسی عمران، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران
کلید واژه: الگوریتم بهینه‌یابی, روش‌های محاسباتی هوشمند, تشخیص خرابی سازه,
چکیده مقاله :
از میان روش های بی شماری که تا به حال در زمینه تشخیص آسیب سازه ها پیشنهاد شده اند، روش به‌روزرسانی مدل اجزای محدودی محبوبیت زیادی داشته است. با این وجود، دقت و کارایی این روش در صورت افزایش تعداد متغیرهای مسئله به شدت افت می‌کند و این در مواجهه با سازه های بزرگ با تعداد المان های زیاد، مسئله‌ساز است. در این پژوهش روشی دو مرحله ای پیشنهاد می گردد که قادر است با شناسایی اعضای سازه ای آسیب دیده به کمک یک شاخص آسیب مبتنی بر انرژی کرنشی استاتیکی در گام اول، سایز مسئله تشخیص آسیب مورد معرفی به مدل به روزشونده را به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد. بنابراین، تنها تعداد معدودی متغیر به گام دوم که شامل یک فرآیند به روزرسانی مدل اجزامحدودی است معرفی می‌شوند. این گام دوم در واقع متشکل از یک فرآیند تکراری به روزرسانی مدل است که از یک تابع هدف جدید و حساس به آسیب برای تشخیص شدت آسیب در المان هایی که در گام قبلی شناسایی شده بودند استفاده می کند. همچنین، از یک بهینه‌یاب فراکاوشی به نام بهینه یاب تعادلی به منظور تعیین مقدار متغیرهای مجهول مسئله، که همان مقادیر آسیب‌دیدگی المان های معرفی شده توسط گام اول هستند، استفاده می‌شود. روش پیشنهادی همچنین بر روی تعدادی نمونه عددی نیز تست شده است تا کارایی روش در حضور عوامل مزاحم خارجی مانند نویزهای اندازه گیری نیز بررسی گردد. یک مطالعه مقایسه ای برای قیاس نتایج انجام شده است. طبق نتایج، روش پیشنهادی قادر به تشخیص محل و شدت آسیب در سازه های مختلف است و نویزهای اندازه‌گیری و اطلاعات مودال فقط از چند مود ارتعاشی اول تاثیر چندانی بر دقت نتایج ندارند. یک مطالعه آزمایشگاهی نیز انجام شده است تا کارایی و دقت روش پیشنهادی در سازه های واقعی نیز دیده شود، که طبق نتایج آن، روش به خوبی قادر به تشخیص آسیب بوده است.
Among the countless methods that have been proposed in the field of structural damage detection, the finite element model updating method has been very popular. However, the accuracy and efficiency of this method decrease drastically when the number of variables in the problem increases, and this is a problem when dealing with large structures with a large number of elements. In this research, a two-step method is proposed, which is capable of reducing the size of the damage detection problem introduced to the updated model by identifying damaged structural members through a damage index based on static strain energy in the first step. Therefore, only a few variables are introduced to the second step, which include a process of updating the finite element model. This second step actually consists of an iterative process of updating the model, which uses a new and damage-sensitive objective function to detect the severity of damage in the elements identified in the previous step. Also, a meta-exploratory optimizer named equilibrium optimizer is utilized to determine the value of the unknown variables of the problem, which are the damage values of the elements introduced by the first step. The proposed method has also been tested on a number of numerical samples to check the effectiveness of the method in the presence of external disturbing factors such as measurement noise. A comparative study has been done to compare the results. According to the results, the proposed method is able to detect the location and severity of damage in different structures, and measurement noises and modal information only from the first few vibration modes do not have much impact on the accuracy of the results. A laboratory study has also been conducted to find out the efficiency and accuracy of the proposed method in real structures, and according to the results, the proposed method is well able to detect damage.
_||_