تأثیر مؤلفه‌های دورانی شکل‌های مودی در شناسایی آسیب سازه‌های سه‌بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

2 دانشیار، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

هنگامی‌که سازه‌ها تحت بارهای متوسط تا شدید محیطی آسیب می‌بینند، مشخصات فیزیکی آنها مانند سختی، میرایی و در نتیجه شکل مودهای ارتعاشی آنها تغییر می‌نماید. تقریباً همه روش‌های عددی موجود برای شناسایی آسیب سازه‌ها از مؤلفه‌های انتقالی شکل مودی برای برآورد آسیب استفاده می‌نماید. در این مقاله با استفاده از مؤلفه‌های انتقالی و دورانی اشکال مودی و تعریف توابع هدف مختلف بر این اساس، به شناسایی آسیب پرداخته شده است. به این منظور، یک الگوریتم به‌روزرسانی اتوماتیک تکرارشونده در نرم‌افزار MATLAB ایجاد شده که از نرم‌افزار OpenSees به‌عنوان موتور تحلیل اجزای محدود استفاده می‌کند. جهت ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، دو سازه فلزی با قاب خمشی و مهاربندی برای سه سناریوی مختلف آسیب آنالیز گردیدند. برداشت داده‌ها به سه صورت مؤلفه‌های انتقالی شکل مودی، مؤلفه‌های دورانی و کل مؤلفه‌های شکل مودی انجام گرفته است. تفاضل فرکانس‌های طبیعی و اشکال مودی، معیار ارزیابی شاخص مودی و ماتریس نرمی به‌عنوان توابع هدف مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج تحلیل‌های گسترده نشان می‌دهد که استفاده از مؤلفه‌های دورانی در تعیین دقیق موقعیت و شدت آسیب‌ها تأثیر به سزایی دارد. همچنین بررسی نتایج تحلیل حاکی از کارآمدی روش در شناسایی آسیب حتی با داده‌های آغشته به نوفه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Hwang, H. and C. Kim, (2004) Damage detection in structures using a few frequency response measure-ments. Journal of Sound and Vibration, 270(1-2), 1-14.
  2. Ismail, Z. (2012) Application of residuals from regression of experimental mode shapes to locate multiple crack damage in a simply supported reinforced concrete beam. Measurement, 45(6), 1455-1461.
  3. Ismail, Z., Ibrahim, Z., Ong, Z. C. and Rahman, A. G. A. (2012) Approach to reduce the limitations of modal identification in damage detection using limited field data for nondestructive structural health monitoring of a cable-stayed concrete bridge. Journal of Bridge Engineering, 17(6), 867-875.
  4. Ismail, Z. and Ong, Z.C. (2012) Honeycomb damage detection in a reinforced concrete beam using frequency mode shape regression. Measurement, 45(5), 950-959.
  5. Fayyadh, M., H.A. Razak, and Z. Ismail, (2011) Combined modal parameters-based index for damage identification in a beamlike structure: theo-retical development and verification. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 11(3), 587-609.
  6. Rahman, A.G.A., Ismail, Z., Noroozi, S., and Ong, Z.C. (2014) Enhancement of impact-synchronous modal analysis with number of averages. Journal of Vibration and Control, 20(11), 1645-1655.
  7. Rahman, A.G.A., Ong, Z.C., and Ismail, Z. (2012) Crack identification on rotor shaft using experimental modal data. Experimental Techniques, doi. 10: p. 1747-1567.2012.
  8. Rahman, A.G.A., Ong, Z.C., and Ismail, Z. (2011) Effectiveness of impact-synchronous time averag-ing in determination of dynamic characteristics of a rotor dynamic system. Measurement, 44(1),      34-45.

 

  1. Rahman, A.G.A., Ismail, Z., Noroozi, S., and Ong, Z.C. (2013) Study of open crack in rotor shaft using changes in frequency response function International Journal of Damage Mechanics, 22(6), 791-807.
  2. Rahman, A.G.A., Ong, Z.C., and Ismail, Z. (2011) Enhancement of coherence functions using time signals in Modal Analysis. Measurement, 44(10), 2112-2123.
  3. Ismail, Z., Razak, H.A., and Rahman, A.G.A. (2006) Determination of damage location in RC beams using mode shape derivatives. Engineering Structures, 28(11), 1573-1566.
  4. Fox, C. (1992) The location of defects in structures-A comparison of the use of natural frequency and mode shape data. in imac.
  5. Stubbs, N., Kim, J.-T., and Farrar, C. (1995) Field verification of a nondestructive damage locali-zation and severity estimation algorithm, in Proceedings-SPIE The International Society for Optical Engineering. SPIE International Society for Optical.
  6. Cha, Y.J. and O. Buyukozturk, (2015). Structural damage detection using modal strain energy and hybrid multiobjective optimization. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 30(5), 347-358.
  7. Shi, Z., Law, S., and Zhang, L. (1998) Structural damage localization from modal strain energy change. Journal of Sound and Vibration, 21(5), 825-844.
  8. Pandey, A. and Biswas, M. (1994) Damage detection in structures using changes in flexibility. Journal of Sound and Vibration, 169(1), 3-17.
  9. Yan, A. and Golinval, J.-C. (2005) Structural damage localization by combining flexibility and stiffness methods. Engineering Structures, 27(12), 1752-1761.
  10. Jaishi, B. and Ren, W.-X. (2006) Damage detection by finite element model updating using modal flexibility residual. Journal of Sound and Vibration, 290(1-2), 369-387.
  11. Nadjafi, S., Ghodrati Amiri, G., Zare Hosseinzadeh,, and Seyed Razzaghi, S.A. (2020) An effective approach for damage identification in beam-like structures based on modal flexibility curvature and particle swarm optimization. Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 8(1), 109-120.
  12. Alkayem, N.F., Cao, M., Zhang, Y., Bayat, M., and Su, Z. (2018) Structural damage detection using finite element model updating with evolutionary algorithms: a survey. Neural Computing and Applications, 30(2), 389-411.
  13. Ghodrati Amiri, G., Zare Hosseinzadeh, A., and Seyed Razzaghi, S.A. (2015) Generalized flexibility-based model updating approach via democratic particle swarm optimization algorithm for structural damage prognosis. International Journal of Optimization in Civil Engineering, 5(4), 445-464.
  14. Soltani, A., Sabamehr, A., Chandra, A., and Bagchi, (2018) System Identification and Vibration-Based Damage Detection in a Concrete Shear Wall System. in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Echanical, and Aerospace Systems 2018. International Society for Optics and Photonics.
  15. Ghannadi, P. and Kourehli, S.S. (2020) Multiverse optimizer for structural damage detection: Numerical study and experimental validation. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 29(13), e1777.
  16. Ahmadi-Nedushan, B. and Fathnejat, H. (2020) A modified teaching–learning optimization algorithm for structural damage detection using a novel damage index based on modal flexibility and strain energy under environmental variations. Engineering with Computers, 1-28.
  17. Gomes, G.F. and de Almeida, F.A. (2020) Tuning metaheuristic algorithms using mixture design: Application of sunflower optimization for structural damage identification. Advances in Engineering Software, 149, p. 102877.
  18. Razavi, M. and Hadidi, A. (2020) Assessment of sensitivity-based FE model updating technique for damage detection in large space structures. Structural Monitoring and Maintenance, 7(3), 261-281.
  19. Gunaydin, M., Adanur, S., and Altunisik, A.C. (2018) Ambient vibration based structural evaluation of reinforced concrete building model. Earthquakes and Structures, 15(3), 335-350.
  20. Chalioris, C.E., Voutetaki, M.E., and Liolios, A.A. (2020) Structural health monitoring of seismically vulnerable RC frames under lateral cyclic loading. Earthquakes and Structures, 19(1), 29-44.
  21. Raufi, F. and Bahar, O. (2012) A new wavelet based-method for damage detection of moment-resisting frame. Sharif Civil Engineering Journal, 29, 127-136 (in persain).
  22. Nocedal, J. and Wright, S.J. (1999) Numerical Optimization. Springer-Verlag New York, Inc.
  23. Hu, S.-L.J., Li, H., and Wang, S. (2007) Cross-model cross-mode method for model updating. Mechanical Systems and Signal Processing, 21(4), 1690-1703.
  24. Khodayari, R. and Bahar, O. (2019) Identification of story stiffness of shear buildings under ambient vibration tests with highly noise polluted data. Amirkabir Journal of Civil Engineering (in persain).

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 08 اردیبهشت 1400
  • تاریخ بازنگری: 23 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 30 شهریور 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار