به‌روز رسانی مدل اجزای محدود سازه سه‌بعدی با روش بهینه‌سازی بهبود یافته مبتنی بر حساسیت

فرهادی یگانه, پویان; بهار, امید

به‌روز رسانی مدل اجزای محدود سازه سه‌بعدی با روش بهینه‌سازی بهبود یافته مبتنی بر حساسیت

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

¹ دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قزوین، گروه مهندسی عمران- مهندسی سازه، قزوین، ایران

² پژوهشگاه زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

امروزه در اختیار داشتن یک مدل تحلیلی دقیق از سازه که بتواند رفتار حقیقی آن را در هنگام بارگذاری‌های شدید نشان دهد بسیار حائز اهمیت است. به این‌روند به ‌روز ‌رسانی مدل اجزای محدود سازه گفته می‌شود که از طریق آن موقعیت و شدت آسیب‌های وارده به سازه را نیز می‌توان مشخص نمود. هدف این مقاله، به ‌روز ‌رسانی مدل اجزای محدود سازه‌ سه‌بعدی از طریق یک روش بهینه‌سازی تکرار شونده مبتنی بر حساسیت، موسوم به روش ناحیه اطمینان گاوس نیوتن است که به‌منظور کاهش تعداد پارامترهای به‌ روز ‌رسانی با رویکردی جدید طی چندین مرحله‌ی تکرار شونده، به شیوه‌ی تصحیح ماتریس سختی هر یک از المان‌های مدل تحلیلی سازه از طریق کمینه نمودن اختلاف میان فرکانس‌ها و شکل‌های مدی سازه‌ی حقیقی و مدل عددی آن انجام پذیرفته است. برای اطمینان از صحت عملکرد روند پیشنهادی، این مدل بر روی چندین الگوی آسیب از یک سازه‌ی فولادی سه‌طبقه با سیستم دوگانه قاب خمشی و قاب مهاربندی پیاده‌سازی شد. نتایج ارزیابی‌ها حاکی از صحت و دقت روش پیشنهادی در تشخیص المان‌های سالم، محل و شدت آسیب‌‌های وارده به سازه با حداقل خطای ممکن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

Meruane, V. (2013) Model updating using antiresonant frequencies identified from transmissibility functions. Journal of Sound and Vibration, 332, 807â820.
Jaishi, B. and Ren, W-X. (2006) Damage detection by finite element model updating using modal flexibility residual. Journal of Sound and Vibration, 290, 369â387.
CHA, P.D. and GU, W. (2000) Model updating using an incomplete set of experimental modes. Journal of Sound and Vibration, 233(4), 587-600.
Giurgiutiu, V. (2014) Structural Health Monitoring with Piezo Electric Wafer Active Sensors (second edition). University of South Carolina, Department of Mechanical Engineering, Columbia, SC, USA.
Farrar, C.R. and Doebling, S.W. (1997) An Overview of Modal Based Damage Identification Methods. Engineering Analysis Group, Los Alamos National Laboratory.
Chakraborty, S. and Sen, A. (2014) Adaptive response surface based efficient Finite Element Model Updating. Finite Elements in Analysis and Design, 80, 33â40.
Friswell, M.I. and Mottershead, J.E. (1995) Finite Element Model Updating in Structural Dynamics. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, the Netherlands.
Hu, S-L.J. and Li, H. and Wang, S. (2007) Cross-model cross-mode method for model updating. Mechanical Systems and Signal Processing, 21, 1690â1703.
Jaishi, B. and Ren, W-X. (2007) Finite element model updating based on eigenvalue and strain energy residuals using multiobjective optimisation technique. Mechanical Systems and Signal Processing, 21, 2295â2317.
Marwala, T. (2010) Finite-element-model Updating Using Computational Intelligence Techniques: Applications to Structural Dynamics. Springer-Verlag, Springer, London.
Teughels, A. and De Roeck, G. (2004) Structural damage identification of the highway bridge Z24 by FE model updating. Journal of Sound and Vibration, 278, 589â610.
Petersen, Ã.W. (2017) Sensitivity-based finite element model updating of a pontoon bridge. Journal of Engineering Structures, 150(1),
November, 573-584.
Teughels, A. and Maeck, J., and De Roeck, G. (2002) Damage assessment by FE model updating using damage functions. Computers and Structures, 80, 1869â1879.
Teughels, A. and De Roeck, G., and Suykens, J.A.K. (2003) Global optimization by coupled local minimizers and its application to FE model updating. Computers and Structures, 81, 2337â2351.
Teughels, A. and De Roeck, G. (2005) Damage detection and parameter identification by finite element model updating. Archives of Computational Methods in Engineering. 12(2), 123-164.
Bakir, P.G. and Reynders, E., and De Roeck, G. (2007) Sensitivity-based finite element model updating using constrained optimization with a trust region algorithm. Journal of Sound and Vibration, 305, 211â225.
Fang, S-E. and Perera, R., and De Roeck, G. (2008) Damage identification of a reinforced concrete frame by finite element model updating using damage parameterization. Journal of Sound and Vibration, 313, 544â559.
Shan, D., Li, Q., Khan, I., and Zhou, X. (2015) A novel finite element model updating method based on substructure and response surface model. Journal of Engineering Structures, 103, 147â156.
Sarmadi, H., Karamodin, A., Entezami, A. (2016) A new iterative model updating technique based on least squares minimal residual method using measured modal data. Applied Mathematical Modelling, 40(23â24), 10323-10341.
Kim, G-H. and Park, Y-s. (2008) An automated parameter selection procedure for finite-element model updating and its applications. Journal of Sound and Vibration, 309, 778â793.
Bader, B.W. (2009) Constrained and Unconstrained Optimization. Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, USA, Published by Elsevier B.V.
Kattan, P.I. (2010) MATLAB Guide to Finite Elements: an Interactive Approach. Springer, Berlin Heidelberg, NewYork.
Ferreira, A. (2009) MATLAB Codes for Finite Element Analysis of Solid Mechanics and its Applications. 157, Springer Verlag, Berlin.
Farhadi Yegane, P. (2016) Three-Dimensional Structural Model updating using Optimization algorithms. M.Sc. Thesis on Civil Engineering-Structural Trend, Islamic Azad University, Qazvin Branch, Qazvin (in Persian).
Logan, D.L. (2011) A First Course in the Finite Element Method. 4th Edition, PWS, Boston.
Bhatti, M.A. (2005) Fundamental Finite Element Analysis and Applications: with Mathematical and Matlab computations. New Jersey: John Wiley & Sons, 472-5.